几何大变形太阳能无人机非线性气动弹性稳定性研究

【摘要】：大柔性太阳能无人机在气动载荷的作用下产生较大的弯曲变形,机翼结构的刚度、质量分布等特性亦发生较大改变,线性理论无法满足这类飞机气动弹性稳定性分析的精度要求。基于Co-rotational(CR)理论,推导了结构变形后的切线刚度矩阵和质量矩阵,建立了大柔性机翼结构动力学模型;采用建立在局部气流坐标系下的片条非定常气动力模型,建立了考虑几何非线性效应的大柔性无人机气动弹性运动方程。引入准模态假设,采用P-k法研究了几何大变形对类"太阳神"布局太阳能无人机的气动弹性稳定性的影响。研究结果表明:随着弯曲变形的增加,非线性颤振速度可降低10%以上,非线性颤振频率可下降8%;合理的增加扭转刚度、前移弹性轴、前移剖面质心等,均可以有效改善几何大变形引起的不利影响。研究工作对大柔性飞机的气动弹性设计具有一定的参考意义。 【作者单位】： 西北工业大学航空学院;西北工业大学无人机研究所;
【关键词】： 几何大变形 CR理论 切线质量矩阵 大柔性机翼 非线性颤振 太阳能无人机
【基金】：国家自然科学基金(110202162、11302178) 中国博士后科学基金(2014M560803)资助
【分类号】：V211.47;V279
【正文快照】： 近十几年来,可用于执行侦查、监测和通信中继等任务的高空长航时无人机引起了研究者广泛的研究兴趣。其中,太阳能无人机作为新一代高空超长航时无人机,其展弦比一般大于30,机翼结构面密度小于3 kg/m2,在气动载荷的作用下,翼尖最大弯曲变形可达半翼展的25%[1-3]。随变形的增加,

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