本文關(guān)鍵詞：基于智能結(jié)構(gòu)的變形體機(jī)翼模型設(shè)計(jì)及高速風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證

  更多相關(guān)文章： 變形體 機(jī)翼 形狀記憶合金 高速風(fēng)洞試驗(yàn) CFD/CSD

【摘要】：變形體飛行器可以自主改變氣動(dòng)外形來(lái)適應(yīng)不同飛行環(huán)境、執(zhí)行多種飛行任務(wù),被認(rèn)為是未來(lái)飛行器發(fā)展的一個(gè)重要方向。變形體飛行器的設(shè)計(jì)對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的重量、體積以及工作環(huán)境要求極為嚴(yán)苛。形狀記憶合金(Shape Memory Alloy,SMA)以其能量密度高、輸出應(yīng)變大的特點(diǎn)被認(rèn)為是變形體飛行器的最佳驅(qū)動(dòng)元件之一。本文以形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)的變形體機(jī)翼后緣偏轉(zhuǎn)變形為設(shè)計(jì)目標(biāo),開(kāi)展了形狀記憶合金力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)與建模、變形體機(jī)翼模型設(shè)計(jì)、變形體機(jī)翼高速風(fēng)洞試驗(yàn)、氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)耦合下的變形體機(jī)翼數(shù)值模擬等一系列研究工作。本文的具體研究?jī)?nèi)容如下:首先,開(kāi)展了形狀記憶合金的力學(xué)性能測(cè)試與建模。通過(guò)拉伸試驗(yàn)獲得了形狀記憶合金在室溫、高溫狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變曲線及其彈性模型。測(cè)試了形狀記憶合金的最大可回復(fù)應(yīng)變。詳細(xì)測(cè)試了形狀記憶合金回復(fù)應(yīng)力與預(yù)應(yīng)變、加熱溫度以及回復(fù)應(yīng)變間的變化關(guān)系。由于Tanaka系列本構(gòu)模型在大應(yīng)變對(duì)回復(fù)應(yīng)力的預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確,本文通過(guò)擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法,建立了形狀記憶合金的回復(fù)應(yīng)力模型。其次,開(kāi)展了變形體機(jī)翼模型設(shè)計(jì)工作。詳述了偏動(dòng)型形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器的作動(dòng)原理,并進(jìn)行了原理性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。提出了一種懸臂梁(或稱之為柔性節(jié))式后緣偏轉(zhuǎn)變形結(jié)構(gòu)。采用形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)、柔性節(jié)偏置的方式實(shí)現(xiàn)了機(jī)翼后緣的往復(fù)偏轉(zhuǎn)變形�；谒岢龅男螤钣洃浐辖鸬幕貜�(fù)應(yīng)力模型,建立了柔性結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型,并對(duì)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行了選優(yōu)。建立了機(jī)翼的有限元模型,利用Nastran軟件仿真計(jì)算,獲得了模型后緣偏轉(zhuǎn)位移,柔性節(jié)、形狀記憶合金關(guān)鍵位置的應(yīng)力,驗(yàn)證了模型設(shè)計(jì)的合理性與可行性,并為后文的氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)耦合下的數(shù)值模擬研究提供結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。設(shè)計(jì)制作了機(jī)翼模型,進(jìn)行了地面試驗(yàn)驗(yàn)證。第三,開(kāi)展了變形體機(jī)翼高速風(fēng)洞試驗(yàn)研究。通過(guò)VMD變形測(cè)量、PSI測(cè)壓、PSP測(cè)壓三種手段獲得了模型后緣偏轉(zhuǎn)角和上下翼面的壓力分布。實(shí)驗(yàn)工況:Ma=0.4~0.8、攻角α=0°~6°。分析了后緣偏轉(zhuǎn)角隨攻角與馬赫數(shù)的變化規(guī)律。分析了變形前后兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)下上翼面壓力分布變化規(guī)律。對(duì)變形前后的氣動(dòng)收益進(jìn)行了評(píng)價(jià)。挑選典型狀態(tài),研究了變形過(guò)程中上翼面壓力分布的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律與遲滯特性。對(duì)于后緣偏轉(zhuǎn)變形對(duì)上翼面流動(dòng)加速、激波位置改變、后緣流動(dòng)分離等流態(tài)的影響進(jìn)行了分析。根據(jù)PSP測(cè)壓結(jié)果分析了變形前后下翼面壓力分布以及翼型升力的變化規(guī)律。第四,開(kāi)展變形體機(jī)翼模型的氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)耦合數(shù)值模擬研究。計(jì)算了Ma=0.8狀態(tài)下后緣偏轉(zhuǎn)角以及變形前后的壓力分布,計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果規(guī)律一致�？坍�(huà)了變形前后翼型繞流結(jié)構(gòu)。同時(shí)從宏觀上分析了變形前后的氣動(dòng)力系數(shù)變化。
【關(guān)鍵詞】：變形體 機(jī)翼 形狀記憶合金 高速風(fēng)洞試驗(yàn) CFD/CSD
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V211.74;V224
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 引言10-25
• §1.1 研究背景與意義10-13
• §1.2 國(guó)外重大項(xiàng)目概述13-15
• §1.3 變形體機(jī)翼關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀15-23
• §1.3.1 國(guó)內(nèi)外變形體機(jī)翼變形方案、結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀15-20
• §1.3.2 形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)狀20-23
• §1.4 本文研究工作23-25
• 第二章 形狀記憶合金力學(xué)建模與實(shí)驗(yàn)25-40
• §2.1 引言25
• §2.2 形狀記憶合金基本特性25-27
• §2.2.1 形狀記憶效應(yīng)25-27
• §2.2.2 偽彈性、超彈性27
• §2.3 形狀記憶合金力學(xué)模型27-31
• §2.3.1 形狀記憶合金本構(gòu)模型27-29
• §2.3.2 形狀記憶合金回復(fù)應(yīng)力模型29-30
• §2.3.3 對(duì)流傳熱模型30-31
• §2.4 形狀記憶合金性能測(cè)試31-39
• §2.4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備31-32
• §2.4.2 恒定溫度下應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試32-33
• §2.4.3 最大可回復(fù)應(yīng)變測(cè)試33-34
• §2.4.4 回復(fù)力測(cè)試34-38
• §2.4.5 基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的回復(fù)力模型38-39
• §2.5 本章小結(jié)39-40
• 第三章 變形體機(jī)翼模型設(shè)計(jì)40-59
• §3.1 引言40
• §3.2 形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器作動(dòng)原理40-45
• §3.2.1 形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器基本概念40-42
• §3.2.2 形狀記憶合金作動(dòng)原理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證42-45
• §3.3 模型基體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及變形方案45-48
• §3.3.1 模型基體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)45-47
• §3.3.2 模型變形方案47-48
• §3.4 柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)48-52
• §3.4.1 柔性結(jié)構(gòu)力學(xué)建模48-51
• §3.4.2 柔性結(jié)構(gòu)關(guān)鍵尺寸設(shè)計(jì)51-52
• §3.5 有限元模型52-56
• §3.5.1 形狀記憶合金建模52-53
• §3.5.2 無(wú)氣動(dòng)載荷狀態(tài)下模型變形結(jié)果分析53-55
• §3.5.3 模型強(qiáng)度校核55-56
• §3.6 地面實(shí)驗(yàn)56-58
• §3.7 本章小結(jié)58-59
• 第四章 變形體機(jī)翼風(fēng)洞試驗(yàn)研究59-82
• §4.1 引言59
• §4.2 試驗(yàn)內(nèi)容59-65
• §4.2.1 試驗(yàn)風(fēng)洞59
• §4.2.2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>59-60
• §4.2.3 試驗(yàn)項(xiàng)目60
• §4.2.4 測(cè)量設(shè)備與方法60-65
• §4.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析65-80
• §4.3.1 測(cè)壓數(shù)據(jù)處理65-66
• §4.3.2 變形測(cè)量數(shù)據(jù)分析66-70
• §4.3.3 上翼面壓力分布分析70-78
• §4.3.4 PSP測(cè)壓數(shù)據(jù)分析78-80
• §4.4 本章小結(jié)80-82
• 第五章 變形體機(jī)翼流固耦合數(shù)值模擬初探82-95
• §5.1 引言82
• §5.2 流固耦合數(shù)值計(jì)算方法82-85
• §5.3 網(wǎng)格驗(yàn)證85-86
• §5.4 氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)耦合作用下變形分析86-94
• §5.4.1 計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比86-88
• §5.4.2 變形前后繞流特性分析88-92
• §5.4.3 變形量與氣動(dòng)力系數(shù)分析92-94
• §5.5 本章小結(jié)94-95
• 第六章 總結(jié)與展望95-98
• §6.1 論文研究成果95-96
• §6.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)96
• §6.3 工作展望96-98
• 致謝98-99
• 個(gè)人簡(jiǎn)介及攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文99-100
• 參考文獻(xiàn)100-105

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 董二寶;智能變形飛行器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)制與若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 許新;超臨界翼型激波誘導(dǎo)分離及其雷諾數(shù)影響研究[D];中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心;2013年

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本文編號(hào)：728203