某型飞机副翼颤振特性研究.pdf

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1、某型飞机副翼颤振特性研究杨仕福(中航通飞研究院有限公司强度研究室，广东珠海519040)摘要：基于某款飞机副翼独特的气动外形，通过变参分析研究了其颤振特性。考虑影响副翼颤振特性的重要因素，根据某机翼的刚度、质量及气动外形数据，建立颤振分析模型。分另Ij研究了鑫lj翼气动面的建模方法、副翼配重、操纵刚度对副翼颤振速度的影响。根据变参颤振分析结果，提出设计改进建议以满足适航要求。关键词：气动弹性；颤振；副翼颤振；稳定性边界在飞机设计中，颤振边界是评定飞机安全的一个重要参数。通常在研发中，为了准确获得某型飞机的颤振边

2、界，需要开展大量的计算分析工作、模型试验及实机颤振试飞工作。颤振的发生对飞机的结构具有强大的破坏力，重者可使飞机解体坠毁。从历史上来看，在所发生的颤振类型中，操纵面的颤振问题比经典翼面弯扭型颤振较为普遍。然而，操纵面由于其气动特性特殊，在建模分析时存在诸多的不确定性，难以获得接近准确的颤振边界。为了指导型号设计，设计者应详细对影响副翼颤振的各参数进行变参分析，掌握规律，解决在型号设计中遇到的实际问题。本文以某型飞机的机翼(含副翼)为研究对象，基于NASTRAN气动弹性分析模块，论述机翼、副翼结构模型的建立过程及

3、连接型式；根据副翼气动外形的特点，论述气动模型的建立过程；分析影响副翼颤振速度的重要因素，并通过变参进行颇振分析获得其影响规律。1颤振分析方法运用NASTRAN有限元分析软件的SOLl45模块对某型飞机机翼进行颤振计算。根据机翼、副翼的切面剐度数据、质量特性数据建立结构分析模型。采用亚音速偶极子网格法建立气动模型，选用p-k法求解颤振方程，绘制V—g、V-f曲线，取g=o时的速度、频率为颤振临界速度及颤振频率。本次分析考虑以下参数变化：a’考虑副翼气动面建模的不确定性。副翼由于存在安装间隙。副翼与机翼在垂向重叠

4、区等问题，其气动特性较为复杂，在气动网格划分时应考虑这些因素。b．考虑副翼配重的不确定性。操纵面的配重可以有效抑制颤振的发生，但在实际设计中，由于安装误差，使用过程中的外部因素影响等，都有可能导致操纵面配重产生不平衡，从而影响颤振边界，需对其敏感惨进行分析。c．考虑副翼操纵刚度的变化。在进行振动试验之前，颤振分析中通过估算获得的操纵刚度都是不准确的，需进行变参分析。2副翼颤振特性计算2．1计算模型根据机翼安定面、副翼的切面特性数据，建立单梁模型，模拟机翼的结构模型。该结构模型与真实机翼有相似的动力特性。发动机用

5、集中质量单元表示，与机翼的连接采用等效刚度的梁元连接。根据实际结构形式，模拟机翼与副翼悬挂接头的连接型式，使副翼能绕副翼转轴自由转动。副翼转动刚度通过弹簧单元CELAS2模拟。约束方面：机翼的翼根约束6个方向的自由度。副翼的气动外形较为特殊，副翼前缘上表面从前缘至转轴部分，与安定面后缘在垂向有较大重叠面积，而副翼前缘下表面却没有重叠面积。因此，在划分副翼气动网格时，副翼气动面前缘位置可以按这三种情况进行划分：a气动面的前缘在理论前缘；b．气动面的前缘在理论前缘与转轴中间；c．气动面的前缘在转轴。2．2标称模型颤

6、振计算副翼的旋转刚度参考相似枧型给定，副翼处于配平状态。利用NASTRAN的SOLl45模块，考虑上节副翼气动面划分法，对该机翼的颤振特性进行了计算分析，由分析结果知，机翼(含副翼)的颤振类型均为机翼弯扭耦合，以上副翼的气动网格划分对其颤振速度、频率影响小于1％，可以忽略。2．3改变副翼配重颤振计算在标称状态下，上节副翼的划分法对机翼的颤振速度影响不大，本节考虑副翼配重处于失配平状态时对机翼颤振速度的影响。考虑副翼配重最大偏离基准值30％作定性分析。在以上计算模型中，在配重重心不变情况下，基准配重数据分别乘以7

7、0％，85％进行颤振计算分析。分析结果知，在机翼结构其它参数不变情况下，配重在一定幅值下的变动对颤振速度影响很小。说明在标称状态下，副翼的操纵刚度是比较大的，可以有效抑制副翼颤振的发生。2．4改变副翼操纵刚度颤振计算考虑副翼操纵刚度对颤振速度的影响，根据副翼的气动网格划分情况，分别对操纵刚度为30％、60％、80％时进行颤振分析。由分析结果知，当副翼的操纵刚度降低到一定程度时，颤振速度随之大幅下降，最大下降幅度为47％。当操纵刚度下降超过20％时，颤振型态由机翼弯扭耦合颤振型态变为机翼、副翼耦合颤振型态。同时由

8、该分析结果知，副翼气动面的划分对颤摄速度有一定的影响，相对基准状态颤振速度最大降低10％。3结论通过变参分析，研究了某型飞机副翼的颤振问题。研究结果表明该副翼在操纵刚度较小时，存在机翼、副翼耦合颤振问题。同时根据分析结果知，在操纵刚度较小时，副翼的气动网格划分对颤振计算结果较为敏感，应设法保证副翼的操纵刚度在一定的幅值以上。参考文献【1]CCAR-25-R4中国民用航空规章第25部《运