小展弦比有限厚度舵面颤振特性分析

doi:10.3969/j.issn.1674-1579.2018.02.003

空间控制技术与应用

小展弦比有限厚度舵面颤振特性分析

秦玉灵，李晓东，张飞，李长春，宫晓春，高志勇

1.北京航天长征飞行器研究所,北京 100076;2.北京强度环境研究所,北京 100076;3.空军驻航天一院军事代表办公室,北京 100076.

出版日期:2018-04-25 发布日期:2018-05-16
作者简介:秦玉灵（1982—），女，工程师，研究方向为飞行器环境与强度设计；李晓东（1984—），男，工程师，研究方向为飞行器总体设计；张飞（1985—），男，工程师，研究方向为飞行器结构设计；李长春（1985—）男，工程师，研究方向为飞行器总体设计；宫晓春（1981—），男高级工程师，研究方向为环境试验设计；高志勇（1982—）,男,高级工程师, 研究方向为空军武器装备总体设计.
基金资助:
总装预研领域基金资助项目(61402460302).

Flutter Characteristic Analysis of Finite Thickness Rudder Surface with Low AspectRatio

QIN Yu-Ling, LI Xiao-Dong, ZHANG Fei, LI Chang-Chun, GONG Xiao-Chun, GAO Zhi-Yong

1.Beijing Institute of Space Long March Vehicle, Beijing 100076, China;2.Beijing Institute of Structure and Environment Engineering, Beijing 100076, China;3.Air Force Military Affairs Office, Beijing 100076, China.

Online:2018-04-25 Published:2018-05-16
Supported by:
Supported by Assembly PreResearch Field Funds (61402460302).

摘要/Abstract

摘要： 摘要：舵系统是超声速再入飞行器机动飞行过程中对姿态进行控制的重要部件，其颤振特性分析是保证型号研制及飞行试验成功的关键环节.本文用当地活塞流理论对舵面颤振特性进行分析，首先建立舵系统动力学方程，确定舵面颤振临界边界计算方法，然后通过有限元分析和模态试验确定不同舵偏角度及不同加载量级组合工况下舵面模态参数，最后通过颤振分析确定舵面颤振临界参数，为舵系统结构方案设计及优化提供技术支撑.

关键词: 关键词：舵系统, 再入飞行器, 颤振特性分析, 当地活塞流理论, 模态试验, 临界参数

Abstract: Abstract：The rudder system is an important part of the control of the attitude during the maneuvering of the supersonic reentry vehicle, and the flutter characteristic analysis is the key link to ensure the successful development of the model and the flight test. In this paper, the flutter vibration characteristics of the rudder surface are analyzed by using the local piston flow theory. Firstly, the dynamic equation of the rudder system is established to determine the critical boundary calculation method of rudder surface flutter. Then, the finite element method (FEM) and modal test is used to determine the modal parameters of the rudder surface under different combination conditions of different rudder angel and different loading level. Finally, the critical parameters of rudder surface flutter are determined by flutter analysis, which provides technical support for the design and optimization of rudder system structure.

Key words: Keywords：rudder system, reentry vehicle, flutter characteristic analysis, local piston flow theory, modal test, critical parameters

中图分类号:

V211.5

秦玉灵, 李晓东, 张飞, 李长春, 宫晓春, 高志勇. 小展弦比有限厚度舵面颤振特性分析 [J]. 空间控制技术与应用, 2018, 44(2): 14-18.

QIN Yu-Ling, LI Xiao-Dong, ZHANG Fei, LI Chang-Chun, GONG Xiao-Chun, GAO Zhi-Yong. Flutter Characteristic Analysis of Finite Thickness Rudder Surface with Low AspectRatio[J]. , 2018, 44(2): 14-18.

参考文献

（1）用当地活塞流理论可计算小展弦比有限厚度三角舵面非定常气动力，飞行参数确定后，在模态坐标下求解系统动力学方程特征根即可求得颤振临界动压和临界频率；（2）舵偏角度和加载工况一定时，颤振临界动压随马赫数增大而增大，颤振临界频率随马赫数增大而减小；舵偏角度一定时，有载工况颤振临界边界高于无载工况；舵偏对颤振临界边界的影响随舵偏角度增大而增大；（3）有舵偏无载工况颤振临界边界最低，是最易发生颤振的工况，保守考虑将此边界定为舵面颤振临界边界，低于该边界的区域为安全区，飞行参数在安全区内则不会发生颤振；（4）舵面结构设计时应充分考虑颤振的影响，确保结构设计的安全性和合理性，为型号研制和飞行试验的成功提供保障. 参考文献［1］陈桂彬,邹万青,杨超等.气动弹性设计基础［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2004：94103. ［2］张伟伟,樊则文,叶正寅.超音速、高超音速机翼的气动弹性计算方法［J］,西北工业大学学报，2003,21(6):687691. ZHANG W W, FAN Z W， YE Z Y, et al. A better engineering method for computing aeroelastic characteristics of supersonic and hypersonic wings［J］.Journal of Northwestern Polytechnical University, 2003,21(6): 687 691. ［3］吴俊,朱瑾.小展弦比翼面颤振分析方法研究［J］.现代防御技术,2009,37(6):3150. WU J, ZHU J. Flutter analysis of low aspect ratio wing surface［J］.Modern Defence Technology, 2009,37(6):3150. ［4］张仁嘉,吴志刚,杨超.电动伺服舵系统动力学建模及颤振分析［J］.北京航空航天大学学报, 2016,42(7):13681376. ZHANG R J, WU Z G, YANG C. Dynamic modeling and flutter analysis of a finactuator system［J］.Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2016,42(7): 1368376. ［5］张永超,朱瑾,刘炜. 舵面热颤振分析研究［J］.现代防御技术,2014,42(1):3639. ZHANG Y C, ZHU J, LIU W. Analysis on thermal flutter of rudder with aerodynamic heating［J］.Modern Defence Technology, 2014,42(1):3639. ［6］荆志伟,吴志刚,杨超.带燃气舵的导弹舵面颤振分析方法［J］.北京航空航天大学学报,2010,36（8）：991995. JING Z W, WU Z G, YANG C. rudder flutter analysis method of missile with jetvane［J］.Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2010,36(8)：991995. ［7］董军,卢晓杨,侯良学.带舵面垂尾跨声速颤振计算研究［J］.航空计算技术,2014,44(5):4245. DONG J, LU X Y, HOU L X. Study on transonic flutter calculation of a vertical tail with rudder［J］.Aeronautical Computing Technique, 2014,44(5):4245. ［8］樊则文,刘晓宁,杨炳渊. 超声速飞行器气动伺服弹性稳定性分析［J］.上海航天,2008(4):2225. FAN Z W, LIU X N, YANG B Y. Aeroservoelastic stability analysis of a supersonic aircraft［J］.Aerospace Shanghai, 2008(4):2225. ［9］杨炳渊,宋伟力.用当地活塞流理论计算大攻角翼面超音速颤振［J］.振动与冲击,1995(2):6063. YANG B Y, SONG W L. Supersonic flutter calculation of a wing with attack angle by local flow piston theary［J］.Vibration and Shock, 1995(2):6063.

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小展弦比有限厚度舵面颤振特性分析

Flutter Characteristic Analysis of Finite Thickness Rudder Surface with Low AspectRatio

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