大展弦比轻质机翼的失速颤振控制

发布时间：2017-07-29 06:28

  本文关键词：大展弦比轻质机翼的失速颤振控制

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【摘要】：飞机自出现以来就伴随着气动弹性问题,众多因气动弹性问题导致的重大事故不胜枚举。近年来,高空长航时(High Altitude Long-Endurance,HALE)太阳能飞行器因在军事、民用方面应用的优点,其研究备受关注。为使飞行器尽量轻量化,并且尽量多的获得太阳能用以提供飞行动力,这类飞行器大多采用大展弦比轻质材料机翼。这种机翼柔性大,气动弹性性能差,颤振问题突出。为解决飞机轻量化与刚度不足之间的矛盾,出现了主动气动弹性机翼(Active Aeroelastic Wing,AAW)设计技术。这种方法将气动力作用导致的机翼变形通过主动控制系统操作控制面运动反馈到机翼上,使机翼产生希望变形或运动。受到AAW技术的启发,可利用基于合成射流的主动流动控制技术控制机翼周围流场来改善机翼受到的气动载荷,从而达到抑制颤振的目的。本文首先探讨了飞行器在升空和巡航状态下可能遭遇的各类气动载荷,包括在穿越对流层时极易出现的突风、湍流和大迎角状态的脉动气动载荷,以及在巡航状态下的定常气动载荷,给出了这几种气动载荷的描述方法。在对气动载荷分析的基础上,基于闭口薄壁梁理论和Hamilton原理,采用格罗斯曼准定常气动力模型建立三维机翼两自由度气动响应模型,并采用伽辽金方法进行求解。运用建立的模型分别讨论了大展弦比机翼的静变形,扭转发散,颤振和突风、湍流响应等气动弹性问题,得到一系列有意义的结论。为探讨合成射流主动流动控制技术用于机翼的失速颤振抑制。使用FLUENT流体仿真软件对各迎角下E214翼型的绕流流场进行数值模拟,分析了迎角对气动载荷特性的影响,以及大迎角状态下脉动气动载荷形成机理和频率特性。通过对加入合成射流后不同迎角下E214翼型的绕流流场的数值模拟,讨论了合成射流对气动载荷的影响。为研究抑制机翼大迎角下失速颤振的合成射流对脉动气动载荷的频率控制和相位控制方法,以18°迎角的情况为例研究了合成射流对大迎角下脉动气动载荷频率和相位的控制,并且得到了合成射流实现频率控制和相位控制的频率-速度范围。
【关键词】：气动弹性 数值模拟 颤振 合成射流 频率控制 相位控制
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V215.34
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 气动弹性问题国内外研究现状12-14
• 1.2.1 气动载荷研究现状12-13
• 1.2.2 机翼颤振问题的研究现状13-14
• 1.3 合成射流主动流动控制技术及其研究现状14-16
• 1.3.1 合成射流技术概述14-15
• 1.3.2 合成射流技术的研究现状15-16
• 1.4 本文研究目的与内容16-19
• 1.4.1 研究目的16-17
• 1.4.2 研究内容17-19
• 第2章 气动载荷及薄壁结构机翼的气动响应19-42
• 2.1 引言19
• 2.2 巡航状态下的定常气动载荷19-22
• 2.3 突风和连续湍流作用下的气动载荷的描述22-24
• 2.3.1 离散突风载荷的时域描述22-23
• 2.3.2 脉动气动载荷频域描述23-24
• 2.4 薄壁结构机翼的气动响应模型24-29
• 2.4.1 机翼结构的简化24-25
• 2.4.2 剪切中心25-26
• 2.4.3 气动响应模型26-29
• 2.5 静气动弹性分析及扭转发散速度29-31
• 2.6 动气动弹性分析31-40
• 2.6.1 准定常气动载荷下机翼的颤振频率及临界颤振速度31-36
• 2.6.2 离散突风作用下的气动响应36-39
• 2.6.3 周期性脉动气动载荷下的气动响应39-40
• 2.7 本章小结40-42
• 第3章 机翼周围流场的数值模拟42-59
• 3.1 引言42-43
• 3.2 数值模拟前处理43-44
• 3.3 数值模拟44-50
• 3.3.1 计算模型44-46
• 3.3.2 初始条件和边界条件46-47
• 3.3.3 控制方程的离散47-49
• 3.3.4 求解方法49-50
• 3.4 数值模拟结果50-58
• 3.4.1 模拟结果及验证50-54
• 3.4.2 脉动气动载荷及形成机理54-57
• 3.4.3 脉动气动载荷频率特性57-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第4章 合成射流对气动载荷控制的研究59-74
• 4.1 引言59
• 4.2 FLUENT中合成射流的设置59-60
• 4.3 合成射流对气动载荷特性的影响60-64
• 4.3.1 合成射流作用下的气动载荷60-61
• 4.3.2 合成射流参数对气动载荷频率特性的影响61-64
• 4.4 频率控制和相位控制的概念64-65
• 4.5 合成射流的频率控制65-67
• 4.6 合成射流的相位控制67-73
• 4.6.1 合成射流相位控制的判断方法68-70
• 4.6.2 合成射流相位控制有效参数区域70-73
• 4.7 本章小结73-74
• 总结与展望74-76
• 参考文献76-81
• 致谢81-82
• 附录A(攻读学位期间所发表的学术论文目录)82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：587845