弹性飞机跨声速机动载荷计算方法

《弹性飞机跨声速机动载荷计算方法》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、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaNov．252016Vol37No．113236．3248ISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．crlhkxb@buaa．edu．GR弹性飞机跨声速机动载荷计算方法张辉，李杰*西北工业大学航空学院，西安710072摘要：基于跨声速非定常气动力求解的重叠场源法，开展了弹性飞机跨声速机动载荷计算方法研究，为现代飞机结构强度设计提供更加可靠和精确的临界载荷计算方法。首先通过采用重叠场源法

2、求解关于62％根弦俯仰振荡的LANN机翼在马赫数为0．822的非定常气动力并与实验结果进行对比，验证了重叠场源法对跨声速激波效应预测和非定常气动力计算的能力；其次应用频域气动力有理近似技术拟合场源法计算得到的广义气动力系数矩阵，建立了机动载荷分析的状态空间模型；然后完成了某型民用飞机俯仰机动载荷分析，研究了俯仰机动飞行情况下飞机机体状态量及飞机部件载荷响应规律。计算结果表明：考虑机体弹性变形后，机翼和平尾气动载荷响应最大值分别减小了5．1％和10．6％，升降舵气动载荷响应最大值增大了16．2％，在飞机结构强

3、度设计中必须考虑机体弹性效应对飞机部件载荷的影响。关键词：机动载荷；非定常气动力；气动力影响系数矩阵；跨声速；重叠场源法中图分类号：V211．47文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)11-3236—13飞机飞行载荷是飞机结构设计的依据，飞机载荷计算的准确程度直接决定了强度分析的准确性和结构设计的可靠性，同时载荷计算的准确有利于减小飞机结构重量，提高飞机使用的经济性。然而现代飞机飞行载荷的精确计算面临着巨大的挑战，一方面，现代飞机的飞行速度大大提高，对于民用客机如A380、波音787等，其巡

4、航马赫数都已超过0．8，对于战斗机如F22以及中国的歼10等均已实现超声速巡航，这使得飞机部件严重受载情况经常发生在跨声速飞行条件，在跨声速飞行条件下激波效应引起的气动力非线性明显增强，在飞机机动飞行达到较大迎角时出现翼面流动分离，将进一步增强气动力非线性特征，长期以来用于机动载荷分析所建立的线性气动力方法不能有效预测气动力的非线性特性，很大程度地影响了机动载荷计算的精度。另一方面，现代飞机设计在追求高巡航、超机动和敏捷性的同时又要求飞机具有较低的结构重量系数和较长的机体寿命，因而现代飞机设计往往降低了对飞

5、机结构的刚性要求，广泛采用轻质的新型复合材料[1]，这使得气动弹性效应对机动载荷的影响逐渐明显，引起翼面的弯矩、扭矩及剪力发生较大变化，机动载荷计算必须考虑气动弹性变形的影响。围绕弹性飞机的机动载荷计算问题，国外研究者Kier[2]比较了用于机动载荷分析的准定常涡格法、改进的片条理论以及基于偶极子格网法的有理函数逼近3种非定常气动力模型对载荷计算的影响；Petersson等[31的研究得到了由非线性刚体气动力模型和线性气动弹性模型组成的弹性飞机耦合计算模型用来计算给定飞行条件下飞机结构的静气动弹性载荷，并将

6、计算得到的载荷用来进行飞机结构优化设计研究；Raveh[43发展了收稿日期：2015—12-28；退修日期：2016-0I-31；录用日期：2016-03-08；网络出版时间：2016-03·i716：51网络出版地址：WWWcnki．net／KCMS／detail／11．1929．V20160317．1651．008基金项目：国家自然科学基金(”172240)；航空科学基金(2014ZA53002)；国家“973”计划(201508755800)*通讯作者．Tel：13679258367E-mail：li

7、jieruihao@163．com戥用椿武：张辉，李杰。弹性飞机跨声速机动载荷计算方法iJj．航空学报．2016．37(11)：3236—3248．ZHANGH．LiJ．ManeuverloadanalysisforflexibleaircraftintransonicflowEJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2016，37(，，)：3236-3248．张辉，等：弹性飞机跨声速机动载荷计算方法3237一种基于计算流体力学(CFD)方法的超静定气动弹性配平系统的优

8、化方法，利用迎角、平尾偏度及机翼控制面偏转配平飞机，该方法提供了计算跨声速范围内非线性静气动弹性载荷的方法；Flansburgc刀研究了AMC—X运输机构型临界机动载荷的模拟方法，气动力采用了势流面元理论，与传统的机动载荷求解方法相比，该模拟方法实现了机动模拟和载荷计算的耦合求解。Meiro—vitch和Tuzcu[63研究了飞行中的弹性飞机对初始条件和外部激励响应的计算模拟，发展了针对弹性飞机动力学机动和控制问