[发明专利]一种基于结构降阶模型的几何非线性静气动弹性全机配平方法

摘要

本发明提供了一种基于结构降阶模型的几何非线性气动弹性全机配平分析方法。首先建立飞行器全机有限元模型，给定随动测试载荷并通过有限元软件求解对应测试变形，其次在给定非线性刚度系数形式下通过对随动测试载荷及测试变形进行回归分析求解非线性刚度系数建立结构降阶模型，最后应用于飞行器几何非线性静气动弹性全机配平分析，建立机翼几何非线性静气动弹性变形计算及全机几何非线性静气动弹性配平分析流程。本发明给定三次多项式形式的非线性刚度系数，并考虑气动力随动效应及机翼几何非线性大变形下的展向变形，提高几何非线性气动弹性分析的合理性及准确性，有助于几何非线性气动弹性变形及配平的高效分析计算。

主权项

1.一种基于结构降阶模型与几何非线性静气动弹性分析的几何非线性气动弹性全机配平方法，其特征在于包括：A)初始化，包括建立对象的有限元模型，该有限元模型包括多个节点、多个梁单元、多个集中质量单元，其中至少一部分节点上加载随动力，该对象的根部六自由度固支，B)确定对象的前N个结构模态，其中每个模态由其固有频率和模态刚度表征，C)确定降阶模型建模所需的测试载荷及测试变形，包括：选取前若干阶模态作为结构分析模态选定测试载荷为在由一阶弯曲模态和一阶扭转模态组合的出的变形下产生的随动气动载荷：w＝∑a1{φ1}+∑a2{φ6}   (5)其中，模态加权系数a1及a2取值使组合变形在合理范围内选定生成气动力的载荷风速剔除过大的气动力，从而形成N1组测试载荷，将每组测试载荷加载在有限元模型上并进行非线性有限元计算，得到N1组测试变形，D)利用回归分析法建立非线性结构降阶模型，包括：输入测试载荷与测试变形，给定结构非线性刚度系数形式如(4)式所示：利用最小二乘法对(4)式进行回归分析，从而得到结构降阶模型，F)利用非线性结构降阶模型确定几何非线性静气动弹性配平，包括利用非线性结构降阶模型结合定常曲面气动力、曲面样条插值及配平方程求解，进行大柔性飞机的几何非线性静气动弹性配平，其中大柔性飞机的机翼的变形与气流的作用力是相互制约的非线性关系，利用静气动弹性配平的准定常假设进行机翼的几何非线性变形构型下的全机平衡方程求解，通过多轮迭代，解决大柔性飞机几何非线性静气动弹性配平问题。