考虑结构动力学与颤振约束的颤振缩比模型优化设计

《考虑结构动力学与颤振约束的颤振缩比模型优化设计》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ActaAerOnauticaetAstrOnaU“caSiniCaJuIy252011VoI，32No．71210·1216ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：∥hkxb．buaa．edu．cnhkxb(圆buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2011)07—1210一07考虑结构动力学与颤振约束的颤振缩比模型优化设计吴强，万志强*，杨超北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191摘要：由于颤振缩比模型与原模型在承力结构上存在差异，当二者的结构动力学特性相似时，气动弹性可能并不等效

2、。针对该问题，提出了同时考虑结构动力学约束和颇振约束的颤振缩比模型优化设计方法，建立了利用遗传／敏度混合优化算法求解此问题的流程，研究了优化问题中目标函数和约束条件的选取方式，并以机翼颤振缩比模型为算例对方法的有效性进行了验证。研究表明，对于颤振缩比模型的设计，所提出的同时考虑结构动力学约束和颤振约束的优化设计方法，较之单独考虑结构动力学约束的优化方法具有更好的适用性。关键词：气动弹性；缩比模型；颤振；结构动力学；优化设计中图分类号：V211。47文献标识码：A在飞机研制过程中，临界颤振速度的确定是至关重要的问题。在进行颤振特性理论分

3、析和计算的同时，通过风洞试验来确定飞机的颤振特性是必不可少的。由于风洞尺寸等方面的限制，目前一般采用缩比模型进行颤振风洞试验[1吨]。缩比颤振模型必须和原飞机有着相似的气动弹性响应，才能在风洞试验中准确预测该飞机的颤振特性。因此，缩比模型必须满足空气动力学、结构动力学和几何外形等方面的相似条件。然而由于制造工艺和费用等因素，缩比模型一般不采用将实物模型直接几何缩比的设计方式，而是采用板结构或梁／框段结构[3]。苛刻的相似条件和与原有结构形式的差异使得缩比模型的设计比较困难。目前，国内外多采用结构优化的办法进行缩比颤振模型设计。1990

4、年，French将结构优化思想引入气动弹性缩比模型刚度设计中，并验证其可行性[43；1992年，French又提出一种参数辨识方法的缩比模型设计方法[51；Florance等[6]研究了优化过程中作为目标函数的缩比模型弹性影响系数矩阵同原模型的理想弹性影响系数矩阵的近似准则；Suleman等[2’7唱]则利用优化手段设计了某联翼机颤振缩比模型和阵风试验缩比模型。在中国，向锦武[91和程志清f10]等提出了基于敏度优化实现具有多阶频率节线位置要求的颤振缩比模型的结构动力学设计；吕斌等[1]利用遗传／敏度混合算法实现某机翼的缩比模型设计，

5、取得了很好的效果。上述文献中的颤振缩比模型均是以结构动力学特性(固有频率和模态)为约束条件进行优化设计的，认为缩比模型的结构动力学特性和原模型越接近，其气动弹性特性就越一致。然而由于缩比模型和实物模型的承力结构形式多有较大的差收稿日期：2010·11-22；退修日期：2010-12—03；录用日期：20”．01-07；网络出版时问：2011．01-2617：18：16网络出版地址：w、Ⅳw．cnnnet／kcms／detail／11．1929．V．20110126．1718002．htmIDOI：CNKI：11．1929／V．2011

6、们26．1718．002基金项目：国家自然科学基金(901716006，10902006)；高等学校博士学科点专项科研基金(20091102110015)*通讯作者．T乱：010．82317510E帕II．wzq@b岫a．edu．∞荨l愚格武I吴强。万志强，榜超j考虑结构动力学与囊振约束的蕺搬缩比模型优化设计[J]．靛空学报。2011．32(7)；1210．，216jwuoI∞g．WanZhiqiang．YangChao．Desigllopt．mizationo}sca

7、ea吼髓ermodetoo嘴ider

8、ngs锄m怕

9、dmami髓

10、andflu№r∞n—stra

11、ntsLJj，ActaAerot黜ti∞etAstro憾uticaslnI髓。20l

12、．32(7)}12lo．1216．吴强等：考虑结构动力学与颤振约束的颤振缩比模型优化设计异，其模态矩阵很难保证完全一致且优化处理较为复杂[6]：如果对其误差约束过窄，则可能在优化过程中找不到满足约束的可行解[1妇；如果误差约束过宽，则可能出现在固有振动频率约束条件满足的情况下颤振特性并不等效[7]。本文采用文献[1]中所述的方法，进行某机翼低速颤振模型设计时，也发现在固有频率和模态均吻合很好的某些情况下，颤振速度与缩比

13、目标值有较大差距，使用该方法时需要对结果进行校核与选择。因此，只考虑结构动力学约束设计出的模型，往往还需要在模型设计后期加入大量的人工修改工作，以期满足气动弹性特性要求，不利于快速高效地设计模型。针对上述问题，将颤振约束