【硕士论文:第五强强】无忧虑颤振试飞方法缩比验证系统研制

第五强强,男,中共党员,2015级硕士。入学以来,发表学术论文1篇,参加国内外学术会议4次。曾获得 “罗麦杯”第三届中国研究生未来飞行器创新大赛一等奖,第十一届西安高新“挑战杯”陕西省大学生课外学术科技作品竞赛二等奖。连续两年获得一等学业等奖学金,分别获得“科为”一等专项奖学金和“华为”专项奖学金。


硕士论文题目:无忧虑颤振试飞方法缩比验证系统研制

研究概括:

论文摘要:

颤振是弹性结构动力学问题和非定常空气动力学问题耦合导致的气动弹性动不稳定现象,风洞颤振试验和飞行颤振试验是研究颤振问题最有效的途径和方法,但往往需要花费高昂的经济代价并伴随着巨大的风险。高效、准确的颤振边界预测方法和可靠、稳定的测量技术是颤振试验的关键部分,直接影响着颤振边界的预测精度,也在一定程度上决定了颤振试验的进程安排。

本文针对三维弹性结构的颤振边界预测问题开展了数值仿真和试验研究,验证了一种新的颤振边界预测方法和测量系统的精度和可靠性。主要工作内容如下:

(1)在课题组原有的研究基础上,进一步研究了基于亚临界响应的颤振边界预测方法—单点速度法,其基本原理是以结构运动方程为结构模型,通过地面模态试验获得其结构模态参数;利用结构在某一亚临界速度下的脉冲激励响应和系统辨识技术获得降阶的非定常气动力模型;将结构模型和非定常气动力模型耦合获得系统的气动弹性分析模型,通过分析气动弹性系统的稳定性随动压(或速度)的变化规律即可获得其颤振临界特性。由于该方法只需要一个亚临界速度下的响应即可准确地预测颤振临界特性,可以大幅提高颤振试飞和风洞试验效率、降低飞行试验的风险和耗费。以AGARD Wing 445.6颤振模型为例,利用数值仿真验证了该方法的预测精度和正确性。

(2)自行搭建了一种基于数字图像相关法的光学测量平台—3D-DIC测量系统,其测量原理和使用过程可分为相机标定-图像采集-图像匹配-三维重建四个步骤。该测量系统可实现非接触、全场测量,具有不受试验环境影响、不对试验模型施加附加质量、测量数据信噪比高等优点。以弹性平板模型为例,用激光位移计的测量结果作为参考,验证了该测量系统在静态变形、动态位移响应测量中的精度和可靠性。此外,还将该测量系统用于铝合金试件的拉伸应变测量和弹性平板的地面模态测量,进一步验证了该测量系统的实用性。

(3)设计并实施了三个模型的风洞颤振试验,分别获得了每个模型的真实颤振边界和利用不同亚临界响应预测的颤振边界。试验结果表明,本文的单点速度法只需要一个亚临界位移响应即可准确预测模型在试验马赫数下的颤振临界特性。对于弹性平板模型,当试验风速仅为颤振速度的53%时(试验动压为真实 颤振动压的28%),颤振速度的预测误差只有1.94%,颤振频率的预测误差只有2.46%。此外,通过与其他颤振预测方法的对比发现,本文方法具有更好的预测精度、更稳定的预测结果和更高的效率。


研究生期间成果统计:

[1] 第五强强,张伟伟. 基于应变片的弹性体分布式位移测量方法. 西北工业大学学报,2017,35(3):422-427.

[2] 肖华,第五强强,钟华寿,张伟伟. 基于扫频激励的一种高安全性颤振边界预测方法. 飞行力学,2017,35(3):46-50.

[3] Qiangqiang Diwu, Weiwei Zhang. A New Flutter Prediction Method. 2016 International Conference in Aerospace for Young Scientists. Beijing, China.

[4] 第五强强,张伟伟. 三维数字图像相关法在动态位移场获取中的应用,第十届全国实验流体力学学术会议,上海,2016.

[5] 第五强强,张伟伟,钟华寿. 一种亚临界颤振预测方法及试验验证,第十五届全国空气弹性学术交流会,大连,2017.

[6] 第五强强,邬晓敬,张伟伟,时域法模态参数识别软件V1.0(登记号:2016R11L019401),计算机软件著作

[7] 第五强强,张伟伟. 颤振边界预测仿真平台V1.0 (登记号:2016R11L210025),计算机软件著作

[8] 张伟伟,第五强强,吕振. 3D-DIC应变/位移测量系统V1.0 (登记号:2017R11L311958),计算机软件著作