本發(fā)明屬于飛機(jī)氣動(dòng)彈性分析技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種考慮發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性的氣動(dòng)彈性分析方法。

背景技術(shù)：

越來(lái)越多的現(xiàn)代飛機(jī)為了提高燃油效率，降低噪聲排放，以及環(huán)境和能源方面的考慮，都安裝了大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)。大直徑旋轉(zhuǎn)葉片對(duì)該類(lèi)型飛機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性影響需要進(jìn)行研究。傳統(tǒng)的計(jì)算方法對(duì)大旋轉(zhuǎn)質(zhì)量發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的動(dòng)態(tài)特性對(duì)彈性飛機(jī)的影響，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和彈性機(jī)翼結(jié)構(gòu)耦合引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題，以及陀螺效應(yīng)均沒(méi)有在氣動(dòng)彈性分析中進(jìn)行考慮。目前國(guó)內(nèi)也沒(méi)有考慮這些影響因素的氣動(dòng)彈性分析方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的：提出考慮發(fā)動(dòng)機(jī)推力和陀螺力矩影響的一種氣動(dòng)彈性分析方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種考慮發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性的氣動(dòng)彈性分析方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟：

步驟一，提取發(fā)動(dòng)機(jī)參考點(diǎn)；

步驟二，根據(jù)提取的發(fā)動(dòng)機(jī)參考點(diǎn)位置以及發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力特性建立如下矩陣：

發(fā)動(dòng)機(jī)推力剛度修正矩陣

其中j為發(fā)動(dòng)機(jī)編號(hào)，f為發(fā)動(dòng)機(jī)參考點(diǎn)位置的推力矢量，m為發(fā)動(dòng)機(jī)推力引起的力矩矢量；

陀螺力矩阻尼修正矩陣

其中，ω為發(fā)動(dòng)機(jī)參考點(diǎn)位置的角速度，θ為發(fā)動(dòng)機(jī)參考點(diǎn)位置的轉(zhuǎn)角矢量；

步驟三，根據(jù)步驟二中建立的修正矩陣，修正不考慮發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性下的氣動(dòng)彈性運(yùn)動(dòng)方程，

δm^*＝φ^tδmφ，δd^*＝φ^tδdφ，δk^*＝φ^tδkφ

其中，δm^*為質(zhì)量修正矩陣，φ為模態(tài)矩陣；

步驟四，根據(jù)修正后的氣動(dòng)彈性運(yùn)動(dòng)方程，計(jì)算氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性或動(dòng)響應(yīng)。

優(yōu)選地，如果發(fā)動(dòng)機(jī)存在俯仰角β，則生成如下轉(zhuǎn)換矩陣，并生成剛度修正矩陣或阻尼修正矩陣

然后執(zhí)行權(quán)利要求1中的步驟三和四。

優(yōu)選地，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)參考點(diǎn)確定氣動(dòng)彈性運(yùn)動(dòng)方程矩陣中發(fā)動(dòng)機(jī)所在位置，發(fā)動(dòng)機(jī)參考點(diǎn)為發(fā)動(dòng)機(jī)重心處，或者發(fā)動(dòng)機(jī)推力的加載點(diǎn)。

本發(fā)明的有益效果：提出了一種考慮發(fā)動(dòng)機(jī)推力和陀螺力矩影響的氣動(dòng)彈性分析方法?？梢栽趲Оl(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)的動(dòng)力仿真模型中考慮發(fā)動(dòng)機(jī)推力和陀螺效應(yīng)的影響，從而有助于提高全機(jī)的氣動(dòng)彈性分析精度，更好的指導(dǎo)氣動(dòng)彈性設(shè)計(jì)。分析方法操作簡(jiǎn)便，有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為飛機(jī)有限元模型示意圖；

圖2為機(jī)翼的對(duì)稱(chēng)彎扭顫振結(jié)果對(duì)比圖；

圖3為機(jī)翼的反對(duì)稱(chēng)彎扭顫振結(jié)果對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

1提取發(fā)動(dòng)機(jī)參考點(diǎn)：

進(jìn)行氣動(dòng)彈性分析之前，必須有結(jié)構(gòu)有限元模型，例如飛機(jī)有限元模型如圖1所示。有限元模型中共有1361個(gè)節(jié)點(diǎn)，而左右發(fā)動(dòng)機(jī)重心的節(jié)點(diǎn)編號(hào)在所有節(jié)點(diǎn)中的位置為168和968，所述的發(fā)動(dòng)機(jī)重心節(jié)點(diǎn)即為提取的發(fā)動(dòng)機(jī)參考點(diǎn)。根據(jù)有限元模型可知，質(zhì)量矩陣m，阻尼矩陣d和剛度矩陣k的維數(shù)為8166*8166，而左右發(fā)動(dòng)機(jī)重心點(diǎn)對(duì)應(yīng)矩陣的位置分別為matrix(1003：1008，1003：1008),matrix(5803：5808，5803：5808)。

2假設(shè)左右發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力特性一致，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力矢量和力矩矢量分別為f＝(-16501.2，0，0)mv＝(0，15008.6，0)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角矢量和角速度分別為θ＝(-150.2，60.0，30.5)ω＝-105。則對(duì)應(yīng)的修正矩陣分別是：

如果發(fā)動(dòng)機(jī)存在安裝俯仰角β＝3°，則需要生成轉(zhuǎn)換矩陣

將得到的轉(zhuǎn)換矩陣乘以修正剛度和修正阻尼矩陣，得到考慮發(fā)動(dòng)機(jī)安裝俯仰角狀態(tài)下的修正矩陣：

3將上步的修正矩陣帶到不考慮發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性的氣動(dòng)彈性運(yùn)動(dòng)方程中。

δm^*＝φ^tδmφ，δd^*＝φ^tδdφ，δk^*＝φ^tδkφ

其中，δm^*為質(zhì)量修正矩陣，φ為模態(tài)矩陣。

4定義氣動(dòng)彈性穩(wěn)定性分析狀態(tài)，計(jì)算結(jié)果得到兩支不穩(wěn)定顫振，分別為機(jī)翼對(duì)稱(chēng)彎扭顫振和機(jī)翼反對(duì)稱(chēng)彎扭顫振?？紤]發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性的機(jī)翼對(duì)稱(chēng)彎扭顫振和不考慮發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性的機(jī)翼對(duì)稱(chēng)彎扭顫振歸一化結(jié)果對(duì)比如圖2所示；考慮發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性的機(jī)翼反對(duì)稱(chēng)彎扭顫振和不考慮發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性的機(jī)翼反對(duì)稱(chēng)彎扭顫振歸一化結(jié)果對(duì)比如圖3所示。圖2和圖3中菱形標(biāo)志代表歸一化的顫振頻率，正方形標(biāo)志代表歸一化的顫振速度。