收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

复合材料旋翼桨叶几何精确非线性力学建模与气弹响应

尚丽娜  
【摘要】:复合材料桨叶可显著改善旋翼的气弹稳定性、振动特性和气动效率,已在直升机上得到广泛应用。现有的复合材料桨叶气弹分析都基于中等变形梁理论,采用忽略高阶项的量级分析。但实际的复合材料桨叶会产生大变形。因此,研究复合材料桨叶大变形气弹建模及分析方法具有十分重要的意义和工程价值。本文基于Hodges等人的几何精确非线性梁理论,对复合材料桨叶进行几何精确非线性力学建模,将所建的结构模型与非定常气动模型相结合,建立了精确而有效的悬停状态下复合材料桨叶气弹建模和气弹响应分析方法。基于Hodges等人的几何精确非线性梁理论,将改进的变分渐近梁剖面分析和Hodges混合变分形式的几何精确非线性梁运动方程组合,对复合材料梁进行几何精确非线性力学建模。目前国际上使用的变分渐近梁剖面分析采用扰动方法将二次渐近精确应变能转化为广义Timoshenko应变能。该方法忽略了二次渐近精确应变能中的高阶项,并将直梁的二次渐近精确应变能对应的剖面刚度矩阵与广义Timoshenko应变能对应的剖面刚度矩阵之间的关系式扩展用于带初始扭转和曲率的梁。有研究表明,以上简化对某些梁结构影响较大,并不成立。因此,本文在将二次渐近精确应变能转化为广义Timoshenko应变能的过程中,舍弃以上简化,求解二次渐近精确应变能和广义Timoshenko应变能组成的精确非线性方程组。以薄壁复合材料盒型梁为研究对象,通过实验和计算结果的对比,验证了本文力学建模方法的准确性,验证了本文力学建模方法可用于复合材料梁的大变形分析。研究表明:对称铺层薄壁盒型梁有拉伸/剪切和扭转/弯曲这两种弹性耦合,反对称铺层薄壁盒型梁有拉伸/扭转和剪切/弯曲这两种弹性耦合,且变形越大几何非线性越明显。采用改进的几何精确非线性梁结构建模方法对弹性耦合复合材料桨叶进行静力响应和动力特性分析,将计算结果与实验结果进行对比,验证了将本文改进的梁结构建模方法用于复合材料桨叶结构分析的准确性,并研究了剖面翘曲和横向剪切变形这两种非经典效应对复合材料桨叶静力响应和动力特性的影响。研究表明:可以通过改变桨叶大梁的铺层分布及不同弹性耦合沿桨叶展向的分布这两种方式来设计复合材料桨叶,使桨叶具有不同的弹性耦合。剖面翘曲对复合材料桨叶的静变形和固有频率有显著影响,不可忽略。横向剪切变形对复合材料桨叶静变形和固有频率的影响与桨叶长度/弦长比有关。当桨叶长度/弦长比大到一定数值时,横向剪切变形对静变形和低阶固有频率的影响可忽略不计。当需要精确计算复合材料桨叶的高阶固有频率时,应采用6×6全耦合刚度矩阵。将Peters有限状态气动载荷理论、改进的ONERA动态失速模型和Peters-He三维有限状态动态入流理论结合,建立了适用于可变翼型桨叶的气动建模方法。根据可变翼型构型,对ONERA动态失速模型作了以下改进,使其适用于可变翼型桨叶动态失速附加气动载荷的计算:采用可变翼型的静态损失作为动态失速微分方程的激励,且可变翼型的静态损失曲线由未变形翼型的静态损失曲线平移得到;动态失速微分方程的系数计入可变翼型形状变化的影响。同时,计算二维翼型动态失速情况下的气动载荷时,将动态失速引起的环量加入二维动态入流理论。采用建立的气动载荷计算模型,计算了后缘小翼做简谐偏转运动的可变翼型在翼型不做变距运动、未变形翼型在动态失速、后缘小翼做简谐偏转运动的可变翼型在翼型做变距运动三种情况下的气动载荷,并将计算结果与实验结果进行对比,验证了本文气动载荷计算方法的准确性。将本文改进的结构建模方法和气动建模方法相结合,建立了精确而有效的悬停状态下复合材料桨叶气弹建模和气弹响应分析方法。采用总体坐标系下的复合材料桨叶几何精确非线性运动方程计算桨叶在气动载荷作用下的气弹响应。采用本文的气弹建模和气弹响应求解方法,各桨叶剖面的力和力矩作为方程未知量直接求出,不需要使用传统的力积分法或模态叠加法进行求解。采用建立的气弹建模和气弹响应求解方法,计算了复合材料桨叶悬停状态下的气弹响应,并将计算结果与实验结果进行对比,验证了本文建立的气弹建模和气弹响应分析方法的准确性。研究了剖面翘曲和横向剪切变形这两种非经典效应对复合材料桨叶悬停状态下气弹响应的影响。研究表明:本文计算的诱导速度在桨尖附近出现突增,使得桨尖附近的升力和阻力突降,与实际分布相符。剖面翘曲和横向剪切变形对复合材料桨叶悬停状态下气弹响应的影响与桨根形式有关,对无铰式桨叶影响较大,对铰接式桨叶影响较小。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前18条
1 郭锡福;底部排气弹增程率的确定[J];弹道学报;1992年01期
2 马涛;周伟麟;P.A.Sullivan;;围裙响应动力学及其对气垫船稳定性和适航性的影响[J];船舶工程;1988年06期
3 郭锡福;底部排气弹的稳定性与散布分析[J];兵工学报;1985年04期
4 陈光炼;郭三学;刘禄胜;;臭气弹研究[J];警察技术;2007年04期
5 季鹤鸣;;林林总总话“气弹”[J];航空知识;1999年04期
6 田德;雷航;邓英;王伟龙;林俊杰;;基于模态阻尼比的风电叶片气弹特性研究[J];太阳能学报;2014年11期
7 魏应彬,赵子华;大气环境温度对底部排气弹外弹道性能影响初步研究[J];弹箭与制导学报;1996年02期
8 徐磊;李德源;莫文威;吕文阁;刘雄;;基于非线性气弹耦合模型的风力机柔性叶片随机响应分析[J];振动与冲击;2015年10期
9 史金光;谢利平;;高速旋转底部排气弹的三维流场数值模拟与分析[J];兵工学报;2017年06期
10 郭锡福;;底部排气弹散布分析[J];兵工学报;1991年01期
11 王荣彩;翁建生;;叶片气弹耦合建模与分岔分析[J];科技资讯;2012年09期
12 虞志浩;杨卫东;邓景辉;张呈林;;基于多体动力学的旋翼模型与气弹稳定性[J];航空动力学报;2012年05期
13 吴长青;张志田;;平均风与气弹效应一体化的桥梁非线性后颤振分析[J];振动工程学报;2018年03期
14 张吉堂,周海清,孟宪昌;某底部排气弹弹丸阻力计算方法研究[J];弹箭与制导学报;1999年02期
15 宋殿儒;;气弹[J];喜剧世界(上半月);2015年11期
16 顾汉洋;郭烈锦;;气液段塞流气弹区相界面结构理论[J];上海交通大学学报;2008年06期
17 顾汉洋;郭烈锦;;气液段塞流气弹区相界面结构理论研究[J];工程热物理学报;2007年05期
18 张康康;李亮;罗杰;李映辉;;湿热环境下复合材料风力机叶片气弹稳定性[J];动力学与控制学报;2016年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 冉玉国;韩景龙;员海伟;;间隙非线性结构的气弹响应分析[A];第十届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2007年
2 祝志文;陈政清;顾明;;气弹耦合系统气动自激力与气弹响应[A];第十三届全国结构风工程学术会议论文集(下册)[C];2007年
3 张欣;;节段模型自由气弹振动瞬时频率和瞬时阻尼辨识方法研究[A];第十九届全国桥梁学术会议论文集(下册)[C];2010年
4 袭安;张伟;于天俊;;亚音速气流下自由层阻尼壁板气弹特性研究[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年
5 张强;周洲;;考虑静气弹效应的大展弦比机翼舵面效率研究[A];探索 创新 交流(第7集)——第七届中国航空学会青年科技论坛文集(上册)[C];2016年
6 尹云玉;王骁峰;王建滨;;三阶活塞理论在翼面气弹分析中的应用[A];第十一届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2009年
7 杨庆山;刘瑞霞;;薄膜结构气弹动力稳定性研究[A];第十一届空间结构学术会议论文集[C];2005年
8 李勇超;李道春;谭浦学;向锦武;;连续变形开裂式阻力方向舵气弹降阶分析[A];北京力学会第二十三届学术年会会议论文集[C];2017年
9 谢长川;杨超;;大展弦比飞机的几何非线性气弹问题[A];第七届全国空气弹性学术交流会论文集[C];2001年
10 武岳;杨庆山;张亮泉;王基盛;沈世钊;;索膜结构风致动力响应性能的风洞实验研究[A];第十一届全国结构风工程学术会议论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 尚丽娜;复合材料旋翼桨叶几何精确非线性力学建模与气弹响应[D];南京航空航天大学;2018年
2 陈昭庆;张拉膜结构气弹失稳机理研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
3 王红州;基于模态修型的旋翼气弹动力学多目标减振优化研究[D];南京航空航天大学;2010年
4 贾欢;大规模结构高效静气弹多学科优化设计研究[D];西北工业大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨海龙;风电叶片气弹耦合演化机理研究[D];华北理工大学;2019年
2 徐磊;基于非线性气弹耦合模型的风力机随机响应分析[D];广东工业大学;2014年
3 谢利平;底部排气弹底部流场数值模拟与气动弹道特性研究[D];南京理工大学;2017年
4 周豹;摇摆状态下弹状流不稳定性研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
5 杨留义;囊体结构设计及其气弹特性计算分析[D];哈尔滨工业大学;2012年
6 郭琪琪;基于流固耦合的风力发电机叶片气弹稳定性分析[D];湘潭大学;2013年
7 费云飞;动态失速下翼型气弹响应实验方法研究及数值仿真[D];上海交通大学;2015年
8 黄华;底部排气弹减阻气动特性研究[D];南京理工大学;2009年
9 刘成;基于CFD/CSD弱耦合的直升机旋翼气弹特性研究[D];南京航空航天大学;2011年
10 张雷;柔性叶片结构气弹稳定性分析研究[D];内蒙古工业大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 71988部队 余晓虎;多送“科技豆”方能多造“争气弹”[N];解放军报;2016年
2 杨永刚 冯金源;中国第一枚“争气弹”在这里发射[N];中国国防报;2008年
3 唐明军;摆脱仿制的“争气弹”[N];中国航天报;2016年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978