基于自适应结构的飞行器气动和噪声特性研究

《基于自适应结构的飞行器气动和噪声特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中图分类号：TP273；TN384论文编号：102870115-B031学科分类号：080420博士学位论文基于自适应结构的飞行器气动和噪声特性研究研究生姓名李大伟学科、专业飞行器设计研究方向流动及噪声控制指导教师裘进浩教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年九月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAeronauticsandAstronauticsTheresearchofaircraftaerodynamiccharacteristicsan

2、dnoisebasedontheadaptiveconstructionsAThesisinAircraftdesignbyDaweiLiAdvisedbyProf.JinhaoQiuSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophSeptember,2015承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工

3、作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：2015年12月11日南京航空航天大学博士学位论文摘要飞行器的气动阻力和噪声不仅影响到飞行安全和乘客的舒适度，还会增加飞行成本并引起机体结构的声疲劳，而传统的增升结构和控制方法难以满足飞行器在气动特性和航空噪声方面的要求，所以如何有效的减小飞行器的阻力并降低噪声越来越受到科研人员的重视

4、。本论文根据越来越苛刻的航空要求，深入研究了应用于航空领域的压电智能自适应控制技术。该控制技术是在保证结构强度的基础上，将智能压电元件粘贴在飞机结构中形成的一种主动振动控制技术。基于智能压电材料的控制技术不仅同时具备传感和驱动功能，还具有优良的机电耦合性、质量轻和高可靠性的特点，在航空领域有着很好的应用前景。本文针对各种自适应控制技术在实践中的应用，致力于研究主动振动控制技术，吹吸气控制技术和鼓包控制技术对飞行器气动特性和噪声的影响。主要研究工作和创新点如下：(1)分析推导了流体力学的基本方程，考虑不同的离散方式和湍流模型，给出了不同网格模型和自由来流的求解方

5、法。分析动网格技术、湍流模型和离散方式的不同，并分析了不同运动形式所适合采用的动网格技术。(2)针对在飞行器上建立基于反馈的主动振动控制系统将会大大增加飞行器质量这一情况，本文创新性地提出了两种不需要反馈的智能蒙皮局部主动振动控制技术：正弦振动和刚性振动，并深入研究了这两种控制技术对模型流场特性的影响。其中：正弦振动形式可以保证控制面与机体的光滑过度，通过智能材料可以实现这种振动形式，其缺点是：智能材料工作温度不高、强度不大。刚性转动形式在作动器与机体的连接点是不光滑过度的，需通过直线驱动器来实现，在工程实践中更容易应用。其缺点是：质量大、控制能耗大。在以往二

6、维翼型研究的基础上，本文将计算方法扩大到三维模型。结果发现：智能蒙皮局部振动控制技术能够出色地改善模型的气动特性，其中基于刚性转动的智能蒙皮主动振动控制能够获得更好的控制效果。在高速状态下安装在激波位置处的振动作动器起到了良好地减小激波强度推迟激波位置的作用。通过减小激波强度和推迟激波位置来有效地减小翼型上表面的流动分离和增大负压区，由此使得正激波变为一系列的斜激波。在低速状态下振动控制通过向控制点下游注入加速流来延缓控制点后面的流动分离。如果要从根本上减小翼型的阻力，层流翼型将是个不错的选择，这就需要加强对湍流边界层的研究。针对这一情况，本文提出了主动平板壁

7、面振动控制技术，并研究了该控制技术对湍流的边界层的影响。通过适当的研究发现，该技术可以有效的改变湍流边界层的粘性底层和对数律层的法向位置。平板壁面振动的振幅和频率会严重影响控制点下游的壁面剪切应力及噪声。通过增大粘性底层的厚度减小边界层的湍流强度可以较大程度上减小板的壁面剪切应力和噪声。壁面剪切应力和噪声的减小量随着振动振幅的增加是先增加后减小的，当振幅超过某一临界值时，壁面剪切应力及噪声将会增加。壁面剪切应力和噪声的减小量随着控I基于自适应结构的飞行器气动和噪声特性研究制频率的增加而增加的，并逐渐趋向于稳定。(3)针对以往的吹吸气控制技术研究大多是基于二维翼

8、型，而忽略了机翼翼稍效应这一情况，本文