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具有操纵面间隙非线性二维翼段的气动弹性分析 被引量:44
1
作者 赵永辉 胡海岩 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第6期521-525,共5页
基于Theodorsen理论和Wagner函数,提出了不可压缩流作用下三自由度二维翼段任意运动非定常气动力表达式。对操纵面自由度具有的间隙非线性,建立了二维翼段气动弹性系统无量纲分段线性运动方程。数值仿真预示了系统极限环振动的相轨迹、... 基于Theodorsen理论和Wagner函数,提出了不可压缩流作用下三自由度二维翼段任意运动非定常气动力表达式。对操纵面自由度具有的间隙非线性,建立了二维翼段气动弹性系统无量纲分段线性运动方程。数值仿真预示了系统极限环振动的相轨迹、无量纲振动幅值和频率,表明操纵面铰链处存在的间隙非线性将导致整个系统的极限环振动;随着来流速度的增加,系统极限环振动的幅值和频率都存在跳跃现象。 展开更多
关键词 气动弹性 三自由度二维翼段 非稳态气动力 间隙非线性 极限环振动
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大惯量下电动伺服机构非线性特性与控制方法研究 被引量:10
2
作者 张新华 黄建 +2 位作者 张兆凯 段小帅 刘源 《导航定位与授时》 2017年第2期41-47,共7页
针对高超声速飞行器非线性影响飞行姿态控制问题,分析了电动伺服机构中传动间隙、刚度、摩擦力矩等非线性因素的影响,并讨论了由间隙引起极限环的定义及产生条件。针对传动间隙引起的极限环振荡和较大惯量的翼面加剧振荡问题,建立了系... 针对高超声速飞行器非线性影响飞行姿态控制问题,分析了电动伺服机构中传动间隙、刚度、摩擦力矩等非线性因素的影响,并讨论了由间隙引起极限环的定义及产生条件。针对传动间隙引起的极限环振荡和较大惯量的翼面加剧振荡问题,建立了系统间隙极限环模型和非线性振动模型,并提出了间隙补偿器设计方法。重点研究了间隙、翼面转动惯量、刚度及干扰力对伺服控制系统的影响规律。通过在内环增加间隙补偿器的基础上,在外环引入速度、加速度负反馈设计方法,解决了大惯量舵面下控制系统抖动问题,仿真和试验结果证明了这一理论是正确的。 展开更多
关键词 电动伺服机构 极限环 间隙 刚度 非线性振荡
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超声速流中含间隙和立方非线性二元机翼的动力学分析 被引量:7
3
作者 郭虎伦 陈予恕 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2012年第1期1-13,共13页
研究超声速流中含间隙和立方非线性二元机翼的气动弹性响应.首先由二阶活塞理论得到了双楔机翼的气动力和气动力矩.然后由平均法得到了气动弹性方程的极限环响应,并用Flo-quet理论分析了极限环的稳定性.结果表明,间隙系统在超临界Hopf... 研究超声速流中含间隙和立方非线性二元机翼的气动弹性响应.首先由二阶活塞理论得到了双楔机翼的气动力和气动力矩.然后由平均法得到了气动弹性方程的极限环响应,并用Flo-quet理论分析了极限环的稳定性.结果表明,间隙系统在超临界Hopf分岔的条件下也存在Fold分岔和幅值的跳跃现象.而后,数值解与平均法的结果进行了对比,两者吻合得很好.最后,详细研究了间隙参数对气动弹性响应的影响. 展开更多
关键词 间隙和立方非线性 平均法 极限环 幅值跳跃现象
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含不确定参数的复合材料壁板热颤振分析 被引量:5
4
作者 苑凯华 邱志平 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期119-124,共6页
研究了含有不确定结构参数的壁板颤振问题,利用vonKarman大变形应变-位移关系、气动力活塞理论和准定常热应力理论建立了复合材料壁板颤振的气动弹性力学模型,考虑在壁板颤振分析模型中存在的不确定参数,将其用区间向量定量化,基于区间... 研究了含有不确定结构参数的壁板颤振问题,利用vonKarman大变形应变-位移关系、气动力活塞理论和准定常热应力理论建立了复合材料壁板颤振的气动弹性力学模型,考虑在壁板颤振分析模型中存在的不确定参数,将其用区间向量定量化,基于区间扩张理论和Taylor级数展开,并结合有限元计算方法,提出了区间分析的方法来估计含有不确定参数的壁板结构颤振临界风速的区间,以及发生极限环振动时振幅的变化区间。通过数值算例,将本文提出的壁板颤振的区间有限元模型与随机有限元模型进行了比较,显示了本文方法的有效性和可行性。这种方法的优点是只需要知道不确定参数的所在范围界限,为解决含有不确定参数的壁板颤振这类复杂的气动弹性动力学问题提供了一个途径。 展开更多
关键词 颤振 临界风速 极限环振动 不确定性 区间分析
原文传递
Bifurcation in a 3-DOF Airfoil with Cubic Structural Nonlinearity 被引量:4
5
作者 Saied IRANI Hamid SARRAFZADEH Mohammad Reza AMOOZGAR 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2011年第3期265-278,共14页
Limit cycle oscillations (LCOs) as well as nonlinear aeroelastic analysis of a 3-DOF aeroelastic airfoil motion with cubic restoring moments in the pitch degree of freedom are investigated. Aeroelastic equations of ... Limit cycle oscillations (LCOs) as well as nonlinear aeroelastic analysis of a 3-DOF aeroelastic airfoil motion with cubic restoring moments in the pitch degree of freedom are investigated. Aeroelastic equations of an airfoil with control surface in an incompressible potential flow are presented in the time domain. The harmonic balance (HB) method is utilized to calculate the LCO frequency and amplitude for the airfoil. Also the semi-analytical method has revealed the presence of stable and unstable limit cycles, along with stability reversal in the neighborhood of a Hopf bifurcation. The system response is determined by nu- merically integrating the governing equations using a standard Runge-Kutta algorithm and the obtained results are compared with the HB method. Also the results by the third order HB (HB3) method for control surface are consistent with the other numerical solution. Finally, by combining the numerical and the HB methods, types of bifiarcation, be it supercritical, subcritical, or diver- gent flutter area are identified. 展开更多
关键词 FLUTTER BIFURCATION cubic nonlinearity limit cycle oscillations harmonic balance method
原文传递
高精度逆变电源输出电压直流漂移的调偏控制 被引量:4
6
作者 毛惠丰 陈增禄 +1 位作者 杨旭 王兆安 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第27期29-34,共6页
逆变器中的隔离环节、各功率器件等存在漂移和特性不对称以及正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)都会引起逆变电源输出电压的直流漂移。该文提出了一种高精度逆变电源输出电压直流漂移的调偏控制方案,系统采用基于... 逆变器中的隔离环节、各功率器件等存在漂移和特性不对称以及正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)都会引起逆变电源输出电压的直流漂移。该文提出了一种高精度逆变电源输出电压直流漂移的调偏控制方案,系统采用基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的全数字控制。给出了直流调偏控制的基本原理及其闭环控制系统。分析了模数转换器(analogue-to-digital converters,ADC)精度与数字脉宽调制(digital PWM,DPWM)精度之间的关系,并给出了抑制极限环振荡的必要条件。提出一种提高DPWM精度的新方法,可以进一步提高直流调偏控制的精度。最后,在一台单相8重化9电平电压型逆变器的实验平台上进行实验验证,实验结果表明了该控制方案的有效性。 展开更多
关键词 逆变器 现场可编程门阵列 直流漂移 极限环 数字脉宽调制
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翼型颤振压电俘能器的输出特性研究 被引量:4
7
作者 田海港 单小彪 +2 位作者 张居彬 隋广东 谢涛 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期3016-3024,共9页
压电俘能器能够为自然界中低功率的微机电系统持续供能.为了模拟机翼的沉浮-俯仰二自由度运动和有效俘获气动弹性振动能量,本文提出一种新颖的翼型颤振压电俘能器.基于非定常气动力模型,推导翼型颤振压电俘能器流-固-电耦合场的数学模型... 压电俘能器能够为自然界中低功率的微机电系统持续供能.为了模拟机翼的沉浮-俯仰二自由度运动和有效俘获气动弹性振动能量,本文提出一种新颖的翼型颤振压电俘能器.基于非定常气动力模型,推导翼型颤振压电俘能器流-固-电耦合场的数学模型.建立有限元模型,模拟机翼的沉浮-俯仰二自由度运动,获得机翼附近的涡旋脱落和流场特性.搭建风洞实验系统,制作压电俘能器样机.利用实验验证理论和仿真模型的正确性,仿真分析压电俘能器结构参数对其气动弹性振动响应和俘获性能的影响.结果表明:理论分析、仿真模拟和实验研究获得的输出电压具有较好的一致性,验证建立数学和仿真模型的正确性.仿真分析获得机翼附近的压力场变化云图,表明交替的压力差驱动机翼发生二自由度沉浮-俯仰运动.当风速超过颤振起始速度时,压电俘能器发生颤振,并表现为极限环振荡.当偏心距为0.3和风速为16 m/s时,可获得最大输出电压为17.88 V和输出功率为1.278 m W.功率密度为7.99 m W/cm^(3),相比较于其他压电俘能器,能实现优越的俘获性能.研究结果对设计更高效的翼型颤振压电俘能器提供重要的指导意义. 展开更多
关键词 压电俘能器 气动弹性振动 极限环振荡 流场特性 俘获性能
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不同折叠角下含间隙折叠机翼极限环振荡分析
8
作者 杨执钧 张忠 +2 位作者 高博 郭静 魏龙 《强度与环境》 CSCD 2024年第3期37-45,共9页
折叠机翼作为变体飞行器的重要变体机构之一,其气动弹性响应规律研究为变体飞行器稳定性及操纵性的提升奠定基础。本文提出基于干风洞的含间隙折叠机翼地面颤振虚拟试验模型建模方法,其中折叠机翼翼面子结构采用Craig-Bampton方法建立... 折叠机翼作为变体飞行器的重要变体机构之一,其气动弹性响应规律研究为变体飞行器稳定性及操纵性的提升奠定基础。本文提出基于干风洞的含间隙折叠机翼地面颤振虚拟试验模型建模方法,其中折叠机翼翼面子结构采用Craig-Bampton方法建立其刚柔耦合降阶模型,子结构连接采用线性/非线性弹簧连接,气动力采用偶极子格网法获得并转化为激振器集中力,由于地面颤振试验中气动力建模需基于统一的模态振型,针对含间隙折叠机翼采用虚拟质量法获得统一坐标下的虚拟模态振型。仿真结果表明,基于Craig-Bampton方法建立的线性折叠机翼地面颤振虚拟试验模型预测颤振速度与商用软件相比误差低于2%。当模型中采用非线性弹簧连接时,折叠机翼在低于和高于线性颤振速度下均会形成极限环振荡,仿真表明由于间隙非线性的影响,极限环的临界速度比线性颤振降低。研究发现折叠角0°下间隙大小对极限环幅值具有显著影响,而折叠角30°下间隙大小则对极限环幅值几乎不产生影响。 展开更多
关键词 折叠机翼 柔性多体动力学 间隙非线性 颤振 极限环
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超音速弹翼非线性颤振分析与控制 被引量:3
9
作者 贾尚帅 丁千 刘炜 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2012年第13期108-112,共5页
研究超音速弹翼非线性气动弹性稳定性与主动控制问题。采用三阶活塞理论建立含间隙弹翼非线性气动弹性动力学方程,分别利用Hopf分岔理论及数值方法给出系统的线性与非线性颤振速度,应用基于微分几何法及二次型最优控制相结合的方法,设... 研究超音速弹翼非线性气动弹性稳定性与主动控制问题。采用三阶活塞理论建立含间隙弹翼非线性气动弹性动力学方程,分别利用Hopf分岔理论及数值方法给出系统的线性与非线性颤振速度,应用基于微分几何法及二次型最优控制相结合的方法,设计非线性系统控制器。最后分析控制器及系统参数对控制效果的影响。仿真结果表明设计的控制器可有效地实现对非线性系统颤振的抑制。 展开更多
关键词 气动弹性 超音速 间隙 HOPF分岔 极限环振动 非线性控制
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强迫振动和极限环振动时域响应的高效预测方法研究 被引量:3
10
作者 刘艳 白俊强 +1 位作者 华俊 刘南 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2016年第13期140-147,共8页
建立一种基于改进Kriging的KSBRF(Kriging-Surrogate-Based Recurrence Framework)降阶模型(ReducedOrder Model,ROM),用于高效地预测非线性非定常气动力及力矩、极限环振动(Limit Cycle Oscillations,LCO)等。首先基于Kriging代理模型... 建立一种基于改进Kriging的KSBRF(Kriging-Surrogate-Based Recurrence Framework)降阶模型(ReducedOrder Model,ROM),用于高效地预测非线性非定常气动力及力矩、极限环振动(Limit Cycle Oscillations,LCO)等。首先基于Kriging代理模型建立非线性系统输入-输出关系的循环预测框架。然后对翼型做沉浮/俯仰组合运动时的非线性非定常气动力进行辨识。结果表明:在固定来流马赫数情况下,KSBRF预测结果与CFD计算结果吻合良好,阻力系数及俯仰力矩系数等的平均预测误差均在2.0%以内;在变来流马赫数情况下,升力系数和俯仰力矩系数的平均预测误差在2.5%以内,而阻力系数的预测误差则稍大,但也不超过7.0%。通过研究不同m,n取值对模型精度的影响,得出考虑历史效应有利于提高当前时间步的模型预测精度。除此之外,还对NACA64A010翼型的LCO振动形态进行预测,预测结果与CFD计算结果吻合良好,误差均保证均小于5.17%,节省近三分之二的计算时长。 展开更多
关键词 代理模型 降阶模型 KRIGING插值 非定常气动力 极限环振动
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含间隙全动舵面的非线性颤振模式及被动抑制方法 被引量:2
11
作者 白刘月 吴志刚 杨超 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期2361-2373,共13页
间隙非线性环节广泛存在于飞行器的结构当中,由其引发的极限环振荡(LCO)往往造成结构的疲劳破坏,但目前关于全动舵面非线性颤振机理和被动抑制方法的研究相对较少。针对典型含扭转间隙小展弦比全动舵面开展分析,提出了2种典型的非线性... 间隙非线性环节广泛存在于飞行器的结构当中,由其引发的极限环振荡(LCO)往往造成结构的疲劳破坏,但目前关于全动舵面非线性颤振机理和被动抑制方法的研究相对较少。针对典型含扭转间隙小展弦比全动舵面开展分析,提出了2种典型的非线性颤振模式,并探索相应的非线性颤振被动抑制方法。基于描述函数法和活塞理论建立舵面的动力学模型,考虑到间隙非线性环节导致刚度降低的效果,计算对比了2种不同扭转刚度下全动舵面的非线性颤振特性,进而提出了2种不同的非线性颤振模式,其中,模式Ⅱ不存在稳定的极限环振荡过程,可以有效抑制低于线性颤振边界的极限环振荡问题;研究了舵面根部弯曲扭转刚度和质量特性对非线性颤振模式和极限环初始动压的影响,提出相应的非线性颤振被动抑制策略。针对所提算例,数值计算结果表明:通过调整舵面根部弯曲扭转刚度或质量特性可以提高极限环初始动压,甚至改变非线性颤振模式,从而达到非线性颤振抑制的目的。 展开更多
关键词 间隙非线性 非线性颤振 全动舵面 极限环振荡 颤振抑制
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考虑间隙非线性的控制舵非线性气动弹性分析 被引量:3
12
作者 李家旭 田玮 谷迎松 《航空工程进展》 CSCD 2020年第6期827-835,850,共10页
间隙结构的气动弹性系统非线性颤振问题是飞行器气动弹性力学工程领域的研究热点和难点,研究考虑间隙非线性的控制舵系统的气动弹性特性具有重要意义。基于最小状态拟合方法获得时域降阶气动力模型,并通过Lagrange方程获得系统非线性气... 间隙结构的气动弹性系统非线性颤振问题是飞行器气动弹性力学工程领域的研究热点和难点,研究考虑间隙非线性的控制舵系统的气动弹性特性具有重要意义。基于最小状态拟合方法获得时域降阶气动力模型,并通过Lagrange方程获得系统非线性气动弹性方程;对比分析三种不同非线性控制舵系统的极限环颤振及非线性动力学响应特性,并与等效线化法和时域仿真的结果进行一致性对比。结果表明:俯仰和扑动弹簧刚度的变化对系统颤振边界有显著影响,当俯仰和扑动两个方向同时含有间隙非线性时,系统在线性颤振速度内存在倍周期、混沌等复杂非线性动力学现象。 展开更多
关键词 气动弹性 控制舵 间隙非线性 极限环 混沌
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间隙非线性气动弹性系统颤振及控制问题研究进展 被引量:2
13
作者 李家旭 田玮 谷迎松 《强度与环境》 CSCD 2021年第4期18-25,共8页
含有间隙结构的气动弹性系统非线性颤振问题是飞行器气动弹性力学工程领域的研究热点和难点。根据目前现代飞行器结构轻量化设计及更大机动性能的发展趋势,非线性颤振问题日益突出,直接关系到飞行器的安全与性能。因此综述了近几十年来... 含有间隙结构的气动弹性系统非线性颤振问题是飞行器气动弹性力学工程领域的研究热点和难点。根据目前现代飞行器结构轻量化设计及更大机动性能的发展趋势,非线性颤振问题日益突出,直接关系到飞行器的安全与性能。因此综述了近几十年来带间隙非线性的非线性气动弹性力学模型、非线性系统辨识及非线性动力学与控制等问题的研究进展。在已有相关研究成果的基础上提出了今后值得进一步解决和关注的研究问题。 展开更多
关键词 非线性颤振 间隙非线性 极限环振荡 分岔 颤振抑制
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Vortex-Induced Vibration of a Tension Leg Platform Tendon:Multi-Mode Limit Cycle Oscillations 被引量:1
14
作者 Nabanita Datta 《Journal of Marine Science and Application》 CSCD 2017年第4期458-464,共7页
This paper studies the application of mathematical models to analyze the vortex-induced vibrations of the tendons of a given TLP along the Indian coastline, by using an analytical approach, using MATLAB. The tendon is... This paper studies the application of mathematical models to analyze the vortex-induced vibrations of the tendons of a given TLP along the Indian coastline, by using an analytical approach, using MATLAB. The tendon is subjected to a steady current load, which causes vortex-shedding downstream, leading to cross-flow vibrations. The magnitude of the excitation(lift and drag coefficients) depends on the vortex-shedding frequency. The resulting vibration is studied for possible resonant behavior. The excitation force is quantified empirically, the added mass by potential flow hydrodynamics, and the vibration by normal mode summation method. Non-linear viscous damping of the water is considered. The non-linear oscillations are studied by the phase-plane method, investigating the limit-cycle oscillations. The stable/unstable regions of the dynamic behavior are demarcated. The modal contribution to the total deflection is studied to establish the possibility of resonance of one of the wet modes with the vortex-shedding frequency. 展开更多
关键词 tension LEG platform vortex-induced vibration NON-LINEAR damping limit cycle oscillations MULTI-MODE dynamics
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跨音速流中壁板流固耦合效应的形态演化分析
15
作者 安效民 冯家悦 +1 位作者 周悦 孙伟 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2022年第10期36-47,60,共13页
高速飞行器部件多采用轻质薄壁加筋结构,当飞行器长时间跨音速或低超音速飞行时,这种薄壁结构在非定常气动载荷的作用下会表现出强非线性的流固耦合特征,其中激波运动、边界层效应、流动分离等流场非线性与几何大变形等结构非线性相互... 高速飞行器部件多采用轻质薄壁加筋结构,当飞行器长时间跨音速或低超音速飞行时,这种薄壁结构在非定常气动载荷的作用下会表现出强非线性的流固耦合特征,其中激波运动、边界层效应、流动分离等流场非线性与几何大变形等结构非线性相互耦合作用会使壁板产生失稳行为,引起结构疲劳或损毁。该文基于CFD/CSD耦合数值模拟技术,预测和判别壁板在跨音速气流中随马赫数变化过程中响应形态,发现在跨音速区内会出现明显的单模态颤振形式。随马赫数的增大,其形态演化次序为稳态收敛、第一模态极限环振荡、屈曲、稳态收敛、跨音速颤振、非共振型极限环振荡、共振型极限环振荡、高频周期振荡、高频非周期振荡、第一模态极限环振荡到稳态收敛的过程。当壁板厚度增加、来流密度减小,演化形态会发生变化。同时,当考虑非定常加速效应和粘性效应后,会出现一定的延迟和阻尼效应,对高频非周期振荡起到抑制作用,这对于降低结构的疲劳损伤有积极效果。 展开更多
关键词 流固耦合 非线性壁板颤振 极限环振荡 单模态颤振 跨音速 CFD/CSD耦合方法 可重复使用火箭
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Analysis of limit cycle oscillations of a typical airfoil section with freeplay 被引量:3
16
作者 Si-Jin Zhang Gui-Lin Wen +1 位作者 Fan Peng Zi-Qiang Liu 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第4期583-592,共10页
A typical airfoil section system with freeplay is investigated in the paper. The classic quasi-steady flow model is applied to calculate the aerodynamics, and a piecewise-stiffness model is adopted to characterize the... A typical airfoil section system with freeplay is investigated in the paper. The classic quasi-steady flow model is applied to calculate the aerodynamics, and a piecewise-stiffness model is adopted to characterize the non- linearity of the airfoil section's freeplay. There are two crit- ical speeds in the system, i.e., a lower critical speed, above which the system might generate limit cycle oscillation, and an upper critical one, above which the system will flutter. Then a Poincar6 map is constructed for the limit cycle os- cillations by using piecewise-linear solutions with and with- out contact in the system. Through analysis of the Poincar6 map, a series of equations which can determine the frequen- cies of period-1 limit cycle oscillations at any flight veloc- ity are derived. Finally, these analytic results are compared to the results of numerical simulations, and a good agree- ment is found. The effects of freeplay value and contact stiffness ratio on the limit cycle oscillation are also analyzed through numerical simulations of the original system. More- over, there exist multi-periods limit cycle oscillations and even complicated "chaotic" oscillations may occur, which are usually found in smooth nonlinear dynamic systems. 展开更多
关键词 Freeplay nonlinearity ~ Typical airfoil section ~limit cycle oscillations ~ Poincar6 map
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