[發明專利]一種基于流固耦合效應的飛機升降舵嗡鳴抑制器

在審

• 申請號: 202010861708.1
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN112298530A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 高傳強;駱府慶;張偉偉;呂振;劉溢浪;宋述芳
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B64C9/02
• 分類號: B64C9/02
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 云燕春

本發明一種基于流固耦合效應的飛機升降舵嗡鳴抑制器，屬于嗡鳴抑制器領域；包括底座、錳鋼片、粘彈性阻尼條和質量塊；所述底座固定于升降舵蒙皮內壁面；所述錳鋼片一端通過連接件垂直固定于豎梁的側壁上，另一端固定有所述質量塊，能夠做上下往復的沉浮運動；所述粘彈性阻尼條粘貼于所述錳鋼片的上、下表面。當升降舵發生嗡鳴時，錳鋼片發生反復彎曲變形，自由端的質量塊做上下往復的沉浮運動，利用流固耦合效應，當外載氣動力的頻率與抑制器的頻率相耦合，改變了升降舵的穩定性邊界，縮小了嗡鳴發生的頻率范圍，粘彈性阻尼條通過反復的拉伸、收縮運動，將振動的一部分機械能耗散掉，降低了嗡鳴發生時的振動振幅，可以有效提高結構的疲勞壽命。

技術領域

本發明屬于嗡鳴抑制器領域，具體涉及一種基于流固耦合效應的飛機升降舵嗡鳴抑制器。

背景技術

嗡鳴使飛機在跨聲速飛行時，可能出現的一種升降舵繞其鉸鏈軸的單自由度周期性的等幅或發散振幅振蕩，屬自激振動。升降舵發生嗡鳴時，會降低升降舵效率，嚴重時會使舵面失效甚至毀壞。工程中對防止嗡鳴有以下一些建議：應用裝置簡單又具有足夠分量的機械性阻尼來抵消負氣動阻尼；提高操縱面轉動頻率；氣動設計方面，采用有大后掠角的鉸鏈軸線、展弦比小的升力面、有利的翼剖面形式以及操縱面采用粗鈍后緣或其他方式修改的后緣以減弱激波強度。目前還沒有一個完全可信的解析方法預測發生升降舵嗡鳴的速度和頻率，因此如何防止嗡鳴以及降低嗡鳴發生時振動的振幅成為飛行器設計中所密切關注的問題。

2004年8月第22卷第4期的《西北工業大學學報》上發表的《跨音速單自由度非線性顫振——嗡鳴的數值分析》公開了采用擾流片的方式抑制嗡鳴的發生。但這種方式會破壞升力面的外型，在工程實踐中可行性不高。

升降舵嗡鳴抑制器安裝在升降舵內部，結構簡單，安裝維護方便，可靠性高，效果顯著。該抑制器通過流固耦合效應可有效減小升降舵發生嗡鳴的頻率和振幅，當抑制器的結構固有頻率與升降舵振動頻率相等時減振效果最好，粘彈性阻尼條通過拉伸和收縮的往復運動吸收動能從而達到減振的效果。

發明內容

要解決的技術問題：

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種基于流固耦合效應的飛機升降舵嗡鳴抑制器，為了在不引入外界能量輸入的情況下，縮小升降舵的振動振幅和發生嗡鳴的頻率范圍，提高升降舵的穩定性保證升降舵的效率。升降舵嗡鳴抑制器組裝時，本身結構簡單，安裝方便，并且采用機械連接，不破壞升降舵的外形與操縱性能，并且在使用維護中也便于拆卸。

本發明的技術方案是：一種基于流固耦合效應的飛機升降舵嗡鳴抑制器，其特征在于：包括底座、錳鋼片、粘彈性阻尼條和質量塊；所述底座為工字梁結構，包括上、下橫梁和豎梁，其上、下橫梁分別固定于升降舵蒙皮內側的上下壁面；

所述錳鋼片為矩形結構，其長邊的一端通過連接件垂直固定于所述豎梁的側壁上，另一端固定有所述質量塊，能夠做上下往復的沉浮運動；所述粘彈性阻尼條粘貼于所述錳鋼片的上、下表面。

本發明的進一步技術方案是：所述連接件包括兩個L型板，通過螺栓對稱固定于所述底座的豎梁側壁上，并保證其一端面相互平行；將所述錳鋼片一端通過螺栓夾裝于兩個平行端面之間，并通過膠接進一步固定。

本發明的進一步技術方案是：所述錳鋼片的長寬比為6:1。

本發明的進一步技術方案是：所述質量塊的質量為舵面總質量的5％～10％。

本發明的進一步技術方案是：所述質量塊的無量綱頻率在0.2～0.46之間。

本發明的進一步技術方案是：所述粘彈性阻尼條的無量綱阻尼系數范圍為0.1～0.2。

本發明的進一步技術方案是：所述粘彈性阻尼條為長寬比3:1的橡膠條。

有益效果