力学大会2015集超声速飞行器复合材料壁板结构颤振分析研究

中国力学大会-，，，（强度环境可靠性与环境工程技术，：壁板颤振是壁板结构在高速气流中产生的一种自激振动，其的非线性振动将对高速飞行器结构的疲劳强度、飞行性能和飞行安全带来不利的影响。以简支复合材料典型壁板结构为研究对算精度进行讨论，给出了不同模型的适用范围。在此基础上，分析了不同数下复合材料壁板结构引对壁板结构的疲劳甚至飞行器的飞行性能以及飞行安全产生十分不利的影响[3]。[4]等基于VonKarman非线性应变-位移关系、复合材料壁板的临界颤振速压和极限环颤振响应进行了求解[5]。[6]等基于一阶活塞气动力理论，采用VonKarman大变形应变-为分叉参数，研究了壁板颤振时的分叉及混沌等复杂动力学特性。[7]等基于三阶活塞气动力理论，采用假设和VonKarman非线性应变-分析了不同数Ma下复合材料壁板结构的颤振特性，给出了两种不同的非定常气动弯曲模态和二阶弯曲模态的耦合，临界颤振速度均随数Ma的增大而增大，采用活作者简介：（1983-），女，博士，研究方向：结构动力学，E-Mail:壁板结构动力学模型如表1所示。C/SiC复

1C/SiC复合材料壁板结构动针对/i复合材料壁板结构动力学模型，采用/st正则模态求解器03进行模态求解，计算得到了简支边界条件下/i复合材料壁板结构的固有振动频率和模态振型图别2和2所示。2C/SiC复合材料壁板结构前三阶固有振动频率一阶弯 二阶弯 二阶弯2C/SiC复合材料壁板结构前三阶模态振型法）和活塞理论建立超声速非定常气动力模型，采用PK法求解颤振方程，分析了数型临界颤振V-g、V-f曲线如图3和图4所示。V-g V-f图3ZONA51方法求得的V-g、V-fV-g V-f4活塞理论求得的V-g、V-f5所示，从图中计算结果可以看出，采用活塞理论得到的壁板结构临界颤振速度和颤频率比ZONA51方法均偏高，因此采用ZONA51方法得到的壁板结构颤振特性更为保。V-g V-f图5活塞理论和ZONA51方法求得的V-g、V-f图对f曲线分别如图6和图7所示，从图中计算结果可以看出，采用ZONA51方法和活塞理论两种不同的非定常气力理论，壁板结构临界颤振速度均随数Ma的增大而增大V-g V-f图6ZONA51方法求得的不同数Ma下临界颤振V-g、V-f 结

V-f图7活塞理论求得的不同数Ma下临界颤振V-g、V-f塞理论计算超音速非定常气动力，采用PK法求解颤振方程，分析了不同数Ma下复f曲线，并将两种不同的非定常气动力计算方法得到的壁板结构临界颤振速度和颤振率进行了对比，可以得到如下结论采用ZONA51方法和活塞理论两种不同的非定常气动力理论，颤振形式均为壁速度均随数Ma的增大而增大。1.ChengGF,MeiC.Finiteelementmodalformulationfor icpanelflutterysiswiththermaleffects.AIAA2003-1517,amaraJJ,FriedmannPP.Aeroelasticandaerothermoelasticysisofhy icvehicles:currentstatusandfuturetrends.AIAA2007-2013,2007. , .高速飞行器壁板颤振的分析模型和分析方法.应用力学学报,2006,23(4):537- 超音速气流中受热壁板的二次失稳型颤振航空学报2009,30(101851-5,,.温度分布对复合材料壁板颤振特性的影响.宇航学报,2010,31(3):850-6,,范晨光.热环境下壁板非线性颤振分析.计算力学学报,2009,26(5):684-7,曙,万志强.气动热-气动弹性双向耦合的高超声速曲面壁板颤振分析方法.中国科学:技术科学,2012,42(4):369-FLUTTERYSISOFSUICCOMPOSITEGUOJing,ZHANGZhong,RENFang,HAN(ScienceandTechnologyonReliabilityandEnvironmentEngineeringLaboratory,BeijingInstituteofStructureandEnvironmentEngineering,Beijing100076,):Panelflutterisaself-excitedoscillationinhighspeedairflow.Nonlinearvibrationduetothisphenomenonleadstopoorfatiguestrength,flightperformanceandflightsafetyforsu icaircraft.Foratypicalsimplysupportedcompositepanel,thesu icunsteadyaerodynamic ismodeledbasedonDoublet-Latticesu icliftingsurfacetheory(ZONA51)andPistontheory,respectively.Thecomputationaccuracyofthesetwoaerodynamicmodelsisdiscussedandtheapplicationrangeisalsogiven.Moreover,theflutterpropertiesofthecompositepanelstructureatdifferentMachnumberare yzed.Thel