[發(fā)明專利]基于粒子阻尼的舵片顫振抑制裝置、其抑制方法及飛行器

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• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號(hào): CN111516855A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖望強(qiáng);羅元易
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門振為科技有限公司
• 主分類號(hào): B64C9/00
• 分類號(hào): B64C9/00;B64D47/00;F16F15/02
• 代理公司: 廈門律嘉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 35225
• 代理人: 張輝;溫潔

1.基于粒子阻尼的舵片顫振抑制裝置，其特征在于：包括若干粒子阻尼器，所述的粒子阻尼器包括阻尼器殼體及若干阻尼粒子，所述的阻尼器殼體內(nèi)部設(shè)置有若干腔體，所述的阻尼粒子填充在腔體內(nèi)；所述的舵片內(nèi)設(shè)置有容置槽，所述的阻尼器殼體安裝于舵片容置槽內(nèi)，或者所述的阻尼器殼體與舵片容置槽一體成型。

2.如權(quán)利要求1所述的基于粒子阻尼的舵片顫振抑制裝置，其特征在于：所述的舵片邊緣分別為前緣、尖弦、后緣及根弦，所述的粒子阻尼器安裝于舵片的前緣與尖弦交界位置處。

3.如權(quán)利要求1所述的基于粒子阻尼的舵片顫振抑制裝置，其特征在于：所述的阻尼粒子的靜摩擦系數(shù)范圍為0～1，動(dòng)摩擦系數(shù)范圍為0～1，表面恢復(fù)系數(shù)范圍為0～1，泊松比范圍為0～1，密度為0.1～30g/cm³，所述的阻尼粒子在腔體內(nèi)的填充率為5％～100％，阻尼粒子為鐵基粒子、鋁基粒子、鎳基粒子、鎢基粒子、鉻基粒子、鈉基粒子、鎂基粒子、錳基粒子、鈣基粒子、銅基粒子、鋅基粒子、鈧基粒子、鈦基粒子、玻璃粒子、氧化物陶瓷粒子、碳化物陶瓷粒子、玻璃陶瓷粒子中的一種或幾種。

4.如權(quán)利要求1所述的基于粒子阻尼的舵片顫振抑制裝置，其特征在于：所述的阻尼器殼體為柔性材料制成。

5.如權(quán)利要求1所述的基于粒子阻尼的舵片顫振抑制裝置，其特征在于：所述的阻尼器殼體為剛性材料制成，其與舵片容置槽的固定方式為螺紋連接、鍵連接、型面連接、脹緊連接、銷連接、鉚接、焊接、粘接或過盈連接。

6.一種飛行器，其特征在于：包括舵片，所述的舵片上安裝有權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的基于粒子阻尼的舵片顫振抑制裝置。

7.一種舵片顫振的抑制方法，其特征在于：在舵片上安裝權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的基于粒子阻尼的舵片顫振抑制裝置，安裝過程包括以下步驟，

S1.采用有限元法對舵片結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，建立舵片有限元模型，對舵片結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析得到舵片的顫振耦合曲線，舵片的顫振耦合曲線包括舵片一階彎曲節(jié)線和舵片二階扭轉(zhuǎn)節(jié)線，至少確定一個(gè)發(fā)生彎扭模態(tài)耦合程度最弱的節(jié)線位置為粒子阻尼器在舵片的目標(biāo)安裝位置；

S2.建立阻尼粒子接觸面的離散元模型，將舵片有限元模型與阻尼粒子的離散元模型進(jìn)行耦合，得到離散元-有限元耦合模型，根據(jù)離散元-有限元耦合模型求解得到阻尼粒子與耦耦合面的接觸位置和接觸力，并作為載荷的邊界條件傳遞至舵片結(jié)構(gòu)的有限元模型；

S3.采用形函數(shù)法實(shí)現(xiàn)接觸力從離散元接觸點(diǎn)向有限元單元節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換，計(jì)算舵片結(jié)構(gòu)的諧響應(yīng)，得到舵片結(jié)構(gòu)各階阻尼比；

S4.基于舵片結(jié)構(gòu)阻尼比，求解安裝粒子阻尼器后舵片的阻尼效應(yīng)，從而確定阻尼粒子的特征參數(shù)；

S5.按照確定的阻尼粒子特征參數(shù)對粒子阻尼器進(jìn)行設(shè)定，將得到的粒子阻尼器安裝于舵片的目標(biāo)安裝位置上。

8.如權(quán)利要求7所述的舵片顫振的抑制方法，其特征在于：步驟S3中采用形函數(shù)法實(shí)現(xiàn)接觸力從離散元接觸點(diǎn)向有限元單元節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換的過程方法為：基于離散元中構(gòu)成表面的三角形片面與有限元網(wǎng)格存在連接關(guān)系，采用離散元軟件輸出阻尼粒子在三角形邊界單元的接觸力，在極小的有限元網(wǎng)格且不同于離散元邊界網(wǎng)格時(shí)，有限元分析的等效集中載荷施加于單元節(jié)點(diǎn)上，將阻尼粒子接觸點(diǎn)選擇為單元節(jié)點(diǎn)，采用形函數(shù)法將阻尼粒子作用與接觸結(jié)構(gòu)上的力轉(zhuǎn)換為每個(gè)單元節(jié)點(diǎn)的等效節(jié)點(diǎn)力。

9.如權(quán)利要求8所述的舵片顫振的抑制方法，其特征在于：利用每個(gè)單元的等效節(jié)點(diǎn)力，作為計(jì)算舵片結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)的虛擬載荷，利用半功率帶寬法計(jì)算舵片結(jié)構(gòu)的各階阻尼比，步驟S4中通過計(jì)算在不同目標(biāo)位置安裝粒子阻尼器時(shí)，舵片結(jié)構(gòu)在不同虛擬載荷下的響應(yīng)曲線求解安裝粒子阻尼器后舵片的阻尼效應(yīng)，確定該結(jié)構(gòu)下提升舵片阻尼效應(yīng)的阻尼粒子的特征參數(shù)。

10.如權(quán)利要求9所述的舵片顫振的抑制方法，其特征在于：所述的特征參數(shù)包括粒子材料、目標(biāo)粒子粒徑、目標(biāo)粒子填充率以及目標(biāo)粒子密度，具體確定方法如下：

S41.將其中的一個(gè)特征參數(shù)作為第一變量，在離散元軟件中輸入其余三個(gè)特征參數(shù)，保證其余三個(gè)特征參數(shù)不變，通過改變第一變量，進(jìn)行有限元-離散元耦合，計(jì)算舵片結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)曲線，通過半功率法求解得到在不同的第一變量下，舵片結(jié)構(gòu)的各階阻尼比的提升效果來確定該舵片結(jié)構(gòu)下的第一變量的特征參數(shù)，得到該第一變量特征參數(shù)的第一目標(biāo)值；

S42.根據(jù)求解得到的第一目標(biāo)值作為基礎(chǔ)，將除第一目標(biāo)值的特征參數(shù)外的三個(gè)特征參數(shù)中的其中一個(gè)作為第二變量，保證其余兩個(gè)特征參數(shù)不變，在離散元軟件中輸入第一目標(biāo)值及兩個(gè)不變的特征參數(shù)，通過改變第二變量，進(jìn)行有限元-離散元耦合，計(jì)算舵片結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)曲線，通過半功率法求解得到在不同的第二變量下，舵片結(jié)構(gòu)的各階阻尼比的提升效果來確定該舵片結(jié)構(gòu)下的第二變量的特征參數(shù)，得到該第二變量特征參數(shù)的第二目標(biāo)值；

S43.根據(jù)求解得到的第一目標(biāo)值和第二目標(biāo)值作為基礎(chǔ)，將除第一目標(biāo)值、第二目標(biāo)值的特征參數(shù)外的兩個(gè)特征參數(shù)中的其中一個(gè)作為第三變量，保證余下的一個(gè)特征參數(shù)不變，在離散元軟件中輸入第一目標(biāo)值、第二目標(biāo)值及一個(gè)不變的特征參數(shù)，通過改變第三變量，進(jìn)行有限元-離散元耦合，計(jì)算舵片結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)曲線，通過半功率法求解得到在不同的第三變量下，舵片結(jié)構(gòu)的各階阻尼比的提升效果來確定該舵片結(jié)構(gòu)下的第三變量的特征參數(shù)，得到該第三變量特征參數(shù)的第三目標(biāo)值；

S44.根據(jù)求解得到的第一目標(biāo)值、第二目標(biāo)值、第三目標(biāo)值作為基礎(chǔ)，將余下的一個(gè)特征參數(shù)中作為第四變量，在離散元軟件中輸入第一目標(biāo)值、第二目標(biāo)值、第三目標(biāo)值，通過改變第四變量，進(jìn)行有限元-離散元耦合，計(jì)算舵片結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)曲線，通過半功率法求解得到在不同的第四變量下，舵片結(jié)構(gòu)的各階阻尼比的提升效果來確定該舵片結(jié)構(gòu)下的第四變量的特征參數(shù)，得到該第四變量特征參數(shù)的第四目標(biāo)值。