一种考虑发动机动态特性的气动弹性分析方法与流程

本发明属于飞机气动弹性分析技术领域，涉及一种考虑发动机动态特性的气动弹性分析方法。

背景技术：

越来越多的现代飞机为了提高燃油效率，降低噪声排放，以及环境和能源方面的考虑，都安装了大涵道比发动机。大直径旋转叶片对该类型飞机的动力学特性影响需要进行研究。传统的计算方法对大旋转质量发动机相关的动态特性对弹性飞机的影响，对发动机和弹性机翼结构耦合引起的结构振动问题，以及陀螺效应均没有在气动弹性分析中进行考虑。目前国内也没有考虑这些影响因素的气动弹性分析方法。

技术实现要素：

本发明的目的：提出考虑发动机推力和陀螺力矩影响的一种气动弹性分析方法。

本发明的技术方案：一种考虑发动机动态特性的气动弹性分析方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：

步骤一，提取发动机参考点；

步骤二，根据提取的发动机参考点位置以及发动机的动力特性建立如下矩阵：

发动机推力刚度修正矩阵

其中j为发动机编号，f为发动机参考点位置的推力矢量，m为发动机推力引起的力矩矢量；

陀螺力矩阻尼修正矩阵

其中，ω为发动机参考点位置的角速度，θ为发动机参考点位置的转角矢量；

步骤三，根据步骤二中建立的修正矩阵，修正不考虑发动机动态特性下的气动弹性运动方程，

δm^*＝φ^tδmφ，δd^*＝φ^tδdφ，δk^*＝φ^tδkφ

其中，δm^*为质量修正矩阵，φ为模态矩阵；

步骤四，根据修正后的气动弹性运动方程，计算气动弹性稳定性或动响应。

优选地，如果发动机存在俯仰角β，则生成如下转换矩阵，并生成刚度修正矩阵或阻尼修正矩阵

然后执行权利要求1中的步骤三和四。

优选地，通过发动机参考点确定气动弹性运动方程矩阵中发动机所在位置，发动机参考点为发动机重心处，或者发动机推力的加载点。

本发明的有益效果：提出了一种考虑发动机推力和陀螺力矩影响的气动弹性分析方法。可以在带发动机飞机的动力仿真模型中考虑发动机推力和陀螺效应的影响，从而有助于提高全机的气动弹性分析精度，更好的指导气动弹性设计。分析方法操作简便，有较高的工程应用价值。

附图说明

图1为飞机有限元模型示意图；

图2为机翼的对称弯扭颤振结果对比图；

图3为机翼的反对称弯扭颤振结果对比图。

具体实施方式

1提取发动机参考点：

进行气动弹性分析之前，必须有结构有限元模型，例如飞机有限元模型如图1所示。有限元模型中共有1361个节点，而左右发动机重心的节点编号在所有节点中的位置为168和968，所述的发动机重心节点即为提取的发动机参考点。根据有限元模型可知，质量矩阵m，阻尼矩阵d和刚度矩阵k的维数为8166*8166，而左右发动机重心点对应矩阵的位置分别为matrix(1003：1008，1003：1008),matrix(5803：5808，5803：5808)。

2假设左右发动机的动力特性一致，发动机的推力矢量和力矩矢量分别为f＝(-16501.2，0，0)mv＝(0，15008.6，0)，发动机的转角矢量和角速度分别为θ＝(-150.2，60.0，30.5)ω＝-105。则对应的修正矩阵分别是：

如果发动机存在安装俯仰角β＝3°，则需要生成转换矩阵

将得到的转换矩阵乘以修正刚度和修正阻尼矩阵，得到考虑发动机安装俯仰角状态下的修正矩阵：

3将上步的修正矩阵带到不考虑发动机动态特性的气动弹性运动方程中。

δm^*＝φ^tδmφ，δd^*＝φ^tδdφ，δk^*＝φ^tδkφ

其中，δm^*为质量修正矩阵，φ为模态矩阵。

4定义气动弹性稳定性分析状态，计算结果得到两支不稳定颤振，分别为机翼对称弯扭颤振和机翼反对称弯扭颤振。考虑发动机动态特性的机翼对称弯扭颤振和不考虑发动机动态特性的机翼对称弯扭颤振归一化结果对比如图2所示；考虑发动机动态特性的机翼反对称弯扭颤振和不考虑发动机动态特性的机翼反对称弯扭颤振归一化结果对比如图3所示。图2和图3中菱形标志代表归一化的颤振频率，正方形标志代表归一化的颤振速度。