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结构和气动非线性机翼的颤振与控制研究

作　者: 王冬立
导　师: 丁千
学　校: 天津大学
专　业: 一般力学与力学基础
关键词: 非线性机翼颤振规范型直接法主动控制 Wash-out滤波器
分类号: V215.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 337次
引　用: 1次
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内容摘要

在飞机设计中,结构非线性是不可避免的,结构非线性源于控制其表面的旧铰链,松散的控制器联动装置,材料性能和其它的来源;在飞机的飞行中,气动的非线性也是不可避免的,对于飞行速度不是很高的情况,气动的非线性是可以忽略的,而对于超音速以及超高音速的飞机来说,气动的非线性是不可以忽略的。本文研究了具有结构立方非线性的二元机翼的颤振以及具有结构和气动耦合的非线性二元机翼的颤振,并且对于不可压缩流中具有结构非线性的二元机翼颤振进行了主动控制,主要的工作分为以下几个方面:第一部分:结构非线性的机翼颤振分析及其主动控制首先,建立在不可压缩流中具有结构立方非线性的二元机翼颤振方程,取广义气流速度Q作为分岔参数,通过规范型直接法的Maple计算程序,计算得到系统Hopf分岔的规范型和相应的分岔图,分析了系统参数对于颤振响应的影响。分析表明,系统参数变化时,颤振类型可为亚临界的或超临界的Hopf分岔,并且用数值模拟的方法进行了验证。当颤振为亚临界Hopf分岔时,对于飞机的飞行具有极大危险性,必须避免。为此,我们通过wash-out滤波器技术,对于机翼的颤振进行了主动控制研究,从而达到了避免亚临界Hopf分岔的目的。第二部分:气动和结构耦合的非线性机翼颤振分析首先,针对超音速以及高超音速流中的二元机翼应用活塞理论建立了动力学方程,其中既考虑了结构的立方非线性,也考虑了气动的立方非线性因素。同样应用规范型直接法,研究得出系统颤振的Hopf分岔解的规范型以及分岔图;其次,研究了系统结构和气动参数对Hopf分岔类型的影响,结果表明,表明具有“硬”弹簧性质的结构及增大悬挂点与质心的距离都有助于提高安全性,而应该避免应用“软”弹簧性质的结构。本文从理论和应用上对二元机翼颤振系统进行了较为全面的深入探讨,揭示出一些定性和定量的规律,对机翼的设计和动力学分析有一定的指导意义。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-7
第一章绪论  7-17
  1.1 本课题的工程背景和选题意义  7-9
  1.2 二元机翼颤振问题及控制的研究现状  9-12
  1.3 分岔分析和控制的现有方法及应用  12-15
  1.4 本文工作内容和安排  15-17
第二章具有结构非线性机翼颤振的研究  17-33
  2.1 前言  17-18
  2.2 数学模型  18-19
  2.3 平衡点分岔  19-20
  2.4 用规范型直接法分析机翼响应  20-27
  2.5 系统参数对于系统响应的影响  27-32
  2.6 本章小结  32-33
第三章结构非线性机翼颤振的控制  33-47
  3.1 前言  33-34
  3.2 wash-out 滤波器方法简介  34-35
  3.3 二维系统wash-out 滤波器的设计  35-37
  3.4 四维系统wash-out 滤波器的设计  37-43
  3.5 数值模拟验证  43-46
  3.6 本章小结  46-47
第四章超音速流中二元机翼颤振研究  47-58
  4.1 前言  47
  4.2 超音速流中二元机翼颤振的方程  47-50
  4.3 分岔点的确定与方程简化  50-51
  4.4 Hopf 分岔方程  51-56
  4.5 系统参数对机翼颤振响应的影响  56-57
  4.6 本章小结  57-58
第五章全文总结  58-59
参考文献  59-65
作者攻读硕士期间发表论文及科研情况  65-66
致谢  66

结构和气动非线性机翼的颤振与控制研究

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