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一種考慮發(fā)動機(jī)動態(tài)特性的氣動彈性分析方法與流程

文檔序號:11519919閱讀:313來源:國知局
一種考慮發(fā)動機(jī)動態(tài)特性的氣動彈性分析方法與流程

本發(fā)明屬于飛機(jī)氣動彈性分析技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種考慮發(fā)動機(jī)動態(tài)特性的氣動彈性分析方法。



背景技術(shù):

越來越多的現(xiàn)代飛機(jī)為了提高燃油效率,降低噪聲排放,以及環(huán)境和能源方面的考慮,都安裝了大涵道比發(fā)動機(jī)。大直徑旋轉(zhuǎn)葉片對該類型飛機(jī)的動力學(xué)特性影響需要進(jìn)行研究。傳統(tǒng)的計算方法對大旋轉(zhuǎn)質(zhì)量發(fā)動機(jī)相關(guān)的動態(tài)特性對彈性飛機(jī)的影響,對發(fā)動機(jī)和彈性機(jī)翼結(jié)構(gòu)耦合引起的結(jié)構(gòu)振動問題,以及陀螺效應(yīng)均沒有在氣動彈性分析中進(jìn)行考慮。目前國內(nèi)也沒有考慮這些影響因素的氣動彈性分析方法。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的:提出考慮發(fā)動機(jī)推力和陀螺力矩影響的一種氣動彈性分析方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案:一種考慮發(fā)動機(jī)動態(tài)特性的氣動彈性分析方法,其特征在于,所述的方法包括如下步驟:

步驟一,提取發(fā)動機(jī)參考點;

步驟二,根據(jù)提取的發(fā)動機(jī)參考點位置以及發(fā)動機(jī)的動力特性建立如下矩陣:

發(fā)動機(jī)推力剛度修正矩陣

其中j為發(fā)動機(jī)編號,f為發(fā)動機(jī)參考點位置的推力矢量,m為發(fā)動機(jī)推力引起的力矩矢量;

陀螺力矩阻尼修正矩陣

其中,ω為發(fā)動機(jī)參考點位置的角速度,θ為發(fā)動機(jī)參考點位置的轉(zhuǎn)角矢量;

步驟三,根據(jù)步驟二中建立的修正矩陣,修正不考慮發(fā)動機(jī)動態(tài)特性下的氣動彈性運動方程,

δm*=φtδmφ,δd*=φtδdφ,δk*=φtδkφ

其中,δm*為質(zhì)量修正矩陣,φ為模態(tài)矩陣;

步驟四,根據(jù)修正后的氣動彈性運動方程,計算氣動彈性穩(wěn)定性或動響應(yīng)。

優(yōu)選地,如果發(fā)動機(jī)存在俯仰角β,則生成如下轉(zhuǎn)換矩陣,并生成剛度修正矩陣或阻尼修正矩陣

然后執(zhí)行權(quán)利要求1中的步驟三和四。

優(yōu)選地,通過發(fā)動機(jī)參考點確定氣動彈性運動方程矩陣中發(fā)動機(jī)所在位置,發(fā)動機(jī)參考點為發(fā)動機(jī)重心處,或者發(fā)動機(jī)推力的加載點。

本發(fā)明的有益效果:提出了一種考慮發(fā)動機(jī)推力和陀螺力矩影響的氣動彈性分析方法??梢栽趲Оl(fā)動機(jī)飛機(jī)的動力仿真模型中考慮發(fā)動機(jī)推力和陀螺效應(yīng)的影響,從而有助于提高全機(jī)的氣動彈性分析精度,更好的指導(dǎo)氣動彈性設(shè)計。分析方法操作簡便,有較高的工程應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1為飛機(jī)有限元模型示意圖;

圖2為機(jī)翼的對稱彎扭顫振結(jié)果對比圖;

圖3為機(jī)翼的反對稱彎扭顫振結(jié)果對比圖。

具體實施方式

1提取發(fā)動機(jī)參考點:

進(jìn)行氣動彈性分析之前,必須有結(jié)構(gòu)有限元模型,例如飛機(jī)有限元模型如圖1所示。有限元模型中共有1361個節(jié)點,而左右發(fā)動機(jī)重心的節(jié)點編號在所有節(jié)點中的位置為168和968,所述的發(fā)動機(jī)重心節(jié)點即為提取的發(fā)動機(jī)參考點。根據(jù)有限元模型可知,質(zhì)量矩陣m,阻尼矩陣d和剛度矩陣k的維數(shù)為8166*8166,而左右發(fā)動機(jī)重心點對應(yīng)矩陣的位置分別為matrix(1003:1008,1003:1008),matrix(5803:5808,5803:5808)。

2假設(shè)左右發(fā)動機(jī)的動力特性一致,發(fā)動機(jī)的推力矢量和力矩矢量分別為f=(-16501.2,0,0)mv=(0,15008.6,0),發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)角矢量和角速度分別為θ=(-150.2,60.0,30.5)ω=-105。則對應(yīng)的修正矩陣分別是:

如果發(fā)動機(jī)存在安裝俯仰角β=3°,則需要生成轉(zhuǎn)換矩陣

將得到的轉(zhuǎn)換矩陣乘以修正剛度和修正阻尼矩陣,得到考慮發(fā)動機(jī)安裝俯仰角狀態(tài)下的修正矩陣:

3將上步的修正矩陣帶到不考慮發(fā)動機(jī)動態(tài)特性的氣動彈性運動方程中。

δm*=φtδmφ,δd*=φtδdφ,δk*=φtδkφ

其中,δm*為質(zhì)量修正矩陣,φ為模態(tài)矩陣。

4定義氣動彈性穩(wěn)定性分析狀態(tài),計算結(jié)果得到兩支不穩(wěn)定顫振,分別為機(jī)翼對稱彎扭顫振和機(jī)翼反對稱彎扭顫振??紤]發(fā)動機(jī)動態(tài)特性的機(jī)翼對稱彎扭顫振和不考慮發(fā)動機(jī)動態(tài)特性的機(jī)翼對稱彎扭顫振歸一化結(jié)果對比如圖2所示;考慮發(fā)動機(jī)動態(tài)特性的機(jī)翼反對稱彎扭顫振和不考慮發(fā)動機(jī)動態(tài)特性的機(jī)翼反對稱彎扭顫振歸一化結(jié)果對比如圖3所示。圖2和圖3中菱形標(biāo)志代表歸一化的顫振頻率,正方形標(biāo)志代表歸一化的顫振速度。

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