伸缩机翼流固耦合的气动力计算及非线性动力学分析
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摘要
随着航空事业的发展,气动弹性问题日益严重,气动弹性力学也受到更大关注。伸缩机翼是变形机翼的一种,其结构主要通过改变机翼展长和展弦比来改善全机升阻特性。计算变形机翼结构的流固耦合气动力需要结合伸缩机翼本身的机构变形特性,两者存在耦合作用,通过分析结构的动力学特性将进一步推动变形体中流固耦合气动力计算的发展。本文主要研究了可伸缩机翼的流固耦合气动力计算及非线性动力学分析,推导了在理想不可压流体来流条件下,利用Kutta-Joukowski升力定理、薄翼型理论,将翼面上的边界条件和压强系数线性化,计算中弧线的作用,得到伸缩机翼的环量分布,推导出定常气动升力的解析公式。将上述得到的气动力作用在可伸缩变形机翼中,将轴向可伸缩机翼简化为轴向外伸悬臂薄壳模型,从理论上分析了伸缩机翼的气动性能。应用Hamilton原理建立了在气动力载荷与面内均布简谐激励力作用下轴向外伸悬臂薄壳的非线性动力学方程。根据位移边界条件,选取了可随时间变化的时变结构前两阶振动模态函数,利用Galerkin方法对所得到的薄壳模型的偏微分方程进行离散,得到了带有时变系数的两自由度常微分非线性动力学方程。利用数值方法分析了轴向外伸悬臂薄壳模型在伸出过程中的时变非线性动力学特性。
引文