跨聲速嗡鳴問題是現(xiàn)代飛行器設(shè)計(jì)和使用過程中的攔路虎,會(huì)造成操縱面的損壞或嚴(yán)重變形。目前嗡鳴研究的局限在于缺乏預(yù)測(cè)嗡鳴觸發(fā)參數(shù)范圍的有效方法,難以指導(dǎo)工程實(shí)踐。本文通過基于ROM的氣動(dòng)彈性分析模型和CFD/CSD時(shí)域仿真方法,研究了三種類型嗡鳴的觸發(fā)條件及其參數(shù)的物理意義。相關(guān)結(jié)果表明,三種嗡鳴本質(zhì)都是亞穩(wěn)定的流動(dòng)模態(tài)和結(jié)構(gòu)模態(tài)耦合誘發(fā)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。降階模型進(jìn)一步揭示嗡鳴的觸發(fā)要求流動(dòng)的穩(wěn)定裕量足夠低（往往在抖振邊界附近）,同時(shí)結(jié)構(gòu)頻率在開環(huán)伯德圖的零極點(diǎn)頻率之間。該研究有助于對(duì)嗡鳴物理更深入的理解以及提出新的嗡鳴抑制方法。 

【文章來源】：空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào). 2019,37(01)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

圖１研究模型示意圖Ｆｉｇ．１Ｓｋｅｔｃｈｍａｐｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｍｏｄｅｌ

但是零點(diǎn)是不穩(wěn)定的，根據(jù)自動(dòng)控制理論中的零極點(diǎn)關(guān)系可以確定，最終系統(tǒng)在極點(diǎn)頻率和零點(diǎn)頻率之間發(fā)生失穩(wěn)。（ａ）伯德圖（ｂ）零極點(diǎn)圖４開環(huán)系統(tǒng)伯德圖及其零極點(diǎn)圖，Ｍａ＝０．７，α＝６．２°Ｆｉｇ．４Ｂｏｄｅｇｒａｐｈａｎｄｔｈｅｚｅｒｏ－ｐｏｌｅｐｏｉｎｔａｔＭａ＝０．７，α＝６．２°以上針對(duì)開環(huán)系統(tǒng)的伯德圖和零極點(diǎn)的現(xiàn)象及分析也完全適用于表１中所示的其他狀態(tài)。圖５給出了抖振始發(fā)迎角和退出迎角附近若干來流狀態(tài)下的根軌跡圖比較，同時(shí)圖６給出了失穩(wěn)區(qū)域和零極點(diǎn)的比較�？梢园l(fā)現(xiàn)，兩種狀態(tài)下的根軌跡變化規(guī)律一致，在始發(fā)迎角附近，隨著迎角的增加（靠近抖振始發(fā)迎角），系統(tǒng)失穩(wěn)區(qū)域和強(qiáng)度都增大；類似的在退出迎角附近，隨著迎角的減�。ǹ拷墩裢顺鲇牵到y(tǒng)失穩(wěn)區(qū)域和強(qiáng)度增大。這說明Ｂ型嗡鳴和Ａ型嗡鳴類似，本質(zhì)都是最不穩(wěn)定流動(dòng)模態(tài)與結(jié)構(gòu)模態(tài)耦合導(dǎo)致的單自由度顫振，其誘發(fā)條件之一都要求該狀態(tài)下（ａ）抖振始發(fā)邊界附近（ｂ）抖振退出邊界附近圖５耦合系統(tǒng)的根軌跡圖，Ｍａ＝０．７Ｆｉｇ．５ＲｏｏｔｌｏｃｉｏｆｔｈｅｃｏｕｐｌｅｄｓｙｓｔｅｍａｔＭａ＝０．７（ａ）抖振始發(fā)邊界附近（ｂ）抖振退出邊界附近圖６系統(tǒng)失穩(wěn)邊界和開環(huán)零極點(diǎn)的比較Ｆｉｇ．６Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｂｏｕｎｄａｒｉｅｓａｎｄｔｈｅｚｅｒｏ－ｐｏｌｅｐｏｉｎｔｓ２０１空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào)第３７卷

流動(dòng)的穩(wěn)定性足夠低，且流動(dòng)穩(wěn)定性越低，系統(tǒng)越容易失穩(wěn)。另外，從圖６對(duì)比發(fā)現(xiàn)，Ａ型嗡鳴和Ｂ型嗡鳴中結(jié)構(gòu)模態(tài)失穩(wěn)的上、下邊界分別由開環(huán)系統(tǒng)的零極點(diǎn)決定。這從根本上解釋了失穩(wěn)上界的物理意義，對(duì)研究嗡鳴的特性和工程中操縱面的防嗡鳴設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。２．２Ｃ型嗡鳴Ｌａｍｂｏｕｒｎｅ［３］通過理論模型預(yù)測(cè)Ｃ型嗡鳴可能發(fā)生的馬赫數(shù)范圍為０．９６至１．４，在該范圍內(nèi)，激波運(yùn)動(dòng)的負(fù)阻尼效應(yīng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的俯仰振蕩。圖７給出了Ｍａ＝０．９５，１．０，１．２和１．５時(shí)的定常流場(chǎng)壓力云圖分布，可以發(fā)現(xiàn)這幾個(gè)狀態(tài)下激波已經(jīng)完全到達(dá)翼型尾緣。論文將主要針對(duì)這幾個(gè)典型狀態(tài)討論Ｃ型嗡鳴的失穩(wěn)特性及其誘發(fā)機(jī)理。圖７不同馬赫數(shù)下流場(chǎng)壓力分布Ｆｉｇ．７ＰｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｆｌｏｗｆｉｅｌｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔＭａｃｈｎｕｍｂｅｒｓ首先研究Ｃ型嗡鳴的失穩(wěn)特性。圖８給出了Ｍａ＝１．２時(shí)降階模型預(yù)測(cè)的不同質(zhì)量比下系統(tǒng)特征根隨結(jié)構(gòu)頻率的關(guān)系，其中俯仰軸位于０．１５倍弦長(zhǎng)處（ａ＝０．１５），質(zhì)量比μ＝６０，１００，２００和５００。與Ａ／Ｂ型嗡鳴不同，從圖８（ａ）中并不能提取出明顯的參與耦合的流動(dòng)特征模態(tài)，但是依然存在結(jié)構(gòu)分支的失穩(wěn)。失穩(wěn)上邊界為ｋα＝０．１９，當(dāng)ｋα＜０．１９系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。另外，對(duì)比不同質(zhì)量比的結(jié)果發(fā)現(xiàn)質(zhì)量比對(duì)系統(tǒng)失穩(wěn)區(qū)域幾乎沒有影響，這與文獻(xiàn)結(jié)果及飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)類似。從圖８（ｂ）的特征值實(shí)部（阻尼特性

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3474383