大柔性飞翼布局飞机体自由度颤振分析及抑制

飞翼因其具有独特的高升阻比气动外形和良好的隐身特性，已经成为未来传感器飞机以及无人作战飞机研制中的一种极具竞争力的布局形式。本研究针对大柔性飞翼布局飞行器潜在的刚体运动自由度（短周期模态）与机翼弹性模态耦合型颤振问题（体自由度颤振），综合考虑飞翼纵向刚体运动模态、弹性运动模态以及飞行控制系统，建立飞翼布局无尾式飞行器体自由度颤振分析模型，研究体自由度颤振问题的机理，揭示飞翼后掠角、重心、等典型设计参数以及飞行控制系统对体自由度颤振的影响规律，分析机翼大变形几何非线性在体自由度颤振中的作用，发展主、被动的体自由度颤振抑制方法，为飞翼布局飞机防止体自由度颤振设计奠定理论基础。

本项目针对飞翼布局飞机的体自由度颤振问题了进行系统的分析，弄清其产生的原理，建立了分析的方法，研究其受设计参数的影响规律，并考察大变形几何非线性在体自由度颤振中的作用，寻求主、被动抑制体自由度颤振或提高体自由度颤振速度的有效途径。首先建立了飞翼参数化气动弹性系统模型，研究后掠角、翼展、翼身转折点位置、重心位置、机翼翼梢配重等典型设计参数对体自由度颤振特性的影响规律，并进行优化设计，获得了体自由度颤振的被动抑制设计方案。然后建立了大柔性飞翼的准线性气动弹性动力学模型，研究大变形几何非线性对体自由度颤振特性的影响。耦合进增稳控制系统，分别进行开环和闭环体自由度颤振特性研究。研究了闭环增益、商载重心移动对闭环颤振的影响。最后实现了高精度的降阶气动伺服弹性系统的建模，在此基础上设计出了飞翼气动弹性系统的主动颤振抑制控制律，适用于燃油消耗过程中的各种典型重量状态。本项研究有助于体自由度颤振力学机制的理解以及主、被动颤振抑制方法发展，具备一定的理论价值和科学意义。