[發明專利]基于多體系統傳遞矩陣法求解三維機翼線性顫振速度的方法

有效

• 申請號: 201911154791.2
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN110929336B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 陳東陽;朱衛軍;顧超杰;孫振業;曹九發;李迺璐;楊華;紀智;謝濤
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/28;G06F119/14
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 張歡歡

本發明公開了一種基于多體系統傳遞矩陣法求解三維機翼線性顫振速度的方法，包括以下過程：基于多體系統傳遞矩陣法推導機翼的彎扭耦合梁傳遞矩陣；建立機翼的總傳遞方程，并求解得到機翼的固有頻率和振型；根據Theodorsen非定常氣動力理論建立機翼振動位移與氣動力的關系；建立機翼的體動力學方程，并將其轉換到頻域獲得機翼的顫振頻域模型；對機翼顫振頻域模型進行頻域求解，得到機翼的顫振速度。本發明可實現機翼顫振速度的快速求解。

技術領域

本發明屬于氣動彈性仿真技術領域，具體涉及一種基于多體系統傳遞矩陣法求解三維機翼線性顫振速度的方法。

背景技術

隨著航空工業的不斷發展，飛機飛行速度的不斷提高，氣動彈性問題越發受到人們重視。在飛機設計技術發展的早期，多次出現由于氣動彈性而導致的嚴重事故。經過幾十年的發展，氣動彈性力學日趨成熟，相應的分析方法在航空航天領域起到了重要的作用。氣動彈性問題研究的每一步進展都能對航空技術的發展產生極大的促進，對氣動彈性問題的認識也不斷深入，解決氣動彈性問題的能力也在不斷增強。即便如此，現代的飛行器依然沒有擺脫氣動彈性力學問題的困擾，特別是顫振事故頻繁出現。顫振無疑是所有氣動彈性問題中最為突出的一個。在航空工程和風工程領域中，飛機機翼、風力機葉片等結構在高流速下，結構在氣動力的激勵下常常會產生顫振現象。顫振的產生將使結構產生疲勞損耗，甚至在短時間內導致結構破壞。對顫振問題的研究對風力機與飛機的設計制造具有一定實際意義。并且隨著飛機柔性增大，操作面以及尾翼更容易引起顫振。這些操作面、尾翼系統本質上是多體系統，對這些系統結構的氣動彈性求解，是現在面臨的主要問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提出了一種基于多體系統傳遞矩陣法求解三維機翼線性顫振速度的方法，解決了對機翼振動特性求解效率低、速度慢的問題，實現機翼顫振速度的快速求解。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于多體系統傳遞矩陣法求解三維機翼線性顫振速度的方法，其特征是，包括以下過程：

基于多體系統傳遞矩陣法推導機翼的彎扭耦合梁傳遞矩陣；

建立機翼的總傳遞方程，并求解得到機翼的固有頻率和振型；

根據Theodorsen非定常氣動力理論建立機翼振動位移與氣動力的關系；

建立機翼的體動力學方程，并將其轉換到頻域獲得機翼的顫振頻域模型；

對機翼顫振頻域模型進行頻域求解，得到機翼的顫振速度。

進一步的，所述基于多體系統傳遞矩陣法推導機翼的彎扭耦合梁傳遞矩陣包括：

建立彎扭耦合梁的振動微分方程：

式中，m為線質量，I_α為單位長度轉動慣量，EI為彎曲剛度，GJ為扭轉剛度，y為機翼彎曲方向位移，θ_x為扭轉角度，t為時間，b為機翼弦長的一半，x_α為質心到彈性軸的距離，且當質心在Z正方向，x_α為正；

將物理坐標轉化為模態坐標，令

y(x,t)＝Y(x)sinωt,θ_x(x,t)＝Θ_x(x)sinωt????(2)

式中，ω為圓頻率，Y(x)、Θ_x(x)為y(x,t)、θ_x(x,t)通過模態坐標轉換得到；

將(2)帶入(1)中，(1)式變為：

消去式(3)中的Y(x)或者Θ_x(x)，得到

式中，