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大展弦比机翼的颤振分析

作　者: 葛鹏
导　师: 陈予恕
学　校: 天津大学
专　业: 一般力学与力学基础
关键词: 大展弦比几何非线性平均法规范型直接法机翼颤振
分类号: V215.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

高高空、长航时无人机因其广泛应用前景正成为国内外的研究热点,这类飞机普遍具有大展弦比机翼的特点,对于大展弦比机翼,在飞行载荷作用下机翼会产生很大的弯扭变形,以至于常规的对线性系统求解方法中的小变形假设不再适用,这样在分析中就必须考虑结构因大变形导致的几何关系和平衡关系的改变,在飞机的飞行中,气动的非线性也是不可避免的,但对于高高空、长航时的无人机来讲,飞行速度不是很高,故气动非线性是可以忽略的,因此格罗斯曼准定常气动力理论即可满足理论分析的要求。本文的主要工作如下:1、建立了大展弦比机翼的非线性颤振分析模型,利用曲率理论并根据哈密尔顿原理推导了机翼结构的几何非线性运动微分方程,并对方程做了无量纲化处理;2、由于非线性颤振是一种自激振动,故利用平均法求出了系统的一次近似解,求出了此时的颤振速度,并与利用Routh-hurwiz准则求出的颤振速度加以对比。3、对机翼非线性运动的无量纲化方程,首先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,选取气流速度v作为分岔参数,得到相应的分岔图,在某一大展弦比翼型参数下,该翼型将发生超临界Hopf分岔,并改变此翼型的相关参数,颤振类型可变化为亚临界的Hopf分岔。最后利用数值模拟进行了验证。4、通过改变某一大展弦比翼型的相关参数,定量的研究了不同参数下,参数对系统颤振的影响,并给出了展弦比、弯曲刚度与扭转刚度比、非耦合频率、线密度以及弯心至中心的距离等参数变化与颤振速度的关系曲线图本文从理论上和数值分析的基础上对大展弦比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
ABSTRACT  4-6
第一章绪论  6-14
  1.1 气动弹性问题的概述  6
  1.2 气动弹性力学发展的历史  6-8
  1.3 颤振的基本概念  8-9
  1.4 有关机翼颤振问题的国内外研究现状  9-12
  1.5 本文的工作及意义  12-14
第二章大展弦比机翼非线性动力学模型的建立  14-24
  2.1 大展弦比机翼结构模型  14-18
  2.2 准定常气动力概述  18-20
    2.2.1 格罗斯曼理论气动力模型  19-20
  2.3 数学模型  20-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章平均法解方程  24-35
  3.1 引言  24
  3.2 将振动方程组化成标准方程组  24-28
  3.3 定常解  28-34
  3.4 本章小结  34-35
第四章大展弦比机翼Hopf分岔  35-48
  4.1 引言  35
  4.2 Hopf分岔以及中心流形定理  35-36
  4.3 规范型直接法理论  36-38
  4.4 某一翼型的Hopf分岔分析  38-44
  4.5 数值验证  44-47
  4.6 本章总结  47-48
第五章大展弦比机翼非线性颤振的数值分析  48-60
  5.1 引言  48
  5.2 不同参数变化对颤振的影响  48-59
  5.3 本章小结  59-60
第六章总结与展望  60-62
  6.1 本文工作总结  60-61
  6.2 展望  61-62
参考文献  62-66
致谢  66

大展弦比机翼的颤振分析

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