集中参数非线性结构的气动弹性分析与控制

Some structure components of flight air vehicles, such as control fins and deployable wings, inevitably exist some lumped parameter nonlinearities, such as free-play, nonlinear stiffness, and hysteresis. And the nonlinearities can lead to the complex nonlinear aeroelastic phenomena, such as limit cycle oscillation (LCO) and chaos. In engineering the nonlinear aeroelastic problems are often simplified by using linearization, but it may greatly sacrifice the performance of vehicles. In this project system identification, nonlinear aeroelastic analysis, and active control for typical airframe components with lumped parameter nonlinearities will be studied. The contents include as follows: (1) Mathematical modeling of nonlinear aeroelastic systems; (2) Parameter identification of nonlinear structures; (3) Nonlinear aeroelastic analysis; (4) Uncertainty quantification of nonlinear aeroelastic response; (5) Active control for nonlinear aeroelastic response suppression; (6) Ground vibration test (GVT) and wind-tunnel test validation on a typical nonlinear structure model. In this project, the methodologies of GVT-based nonlinear structure identification, nonlinear aeroelastic analysis and active control for multi degrees-of-freedom structures are expected to be developed, and will provide great technical support to flight vehicles design.

全动舵面和折叠翼面等飞行器结构不可避免地存在间隙、非线性刚度和迟滞等集中参数非线性因素，由此引发极限环振荡或混沌等复杂的非线性气动弹性现象。工程设计通常以线性化处理为主，回避非线性问题，这可能导致飞行器性能付出较大的代价。本项目针对具有集中参数结构非线性的典型飞行器结构部件，开展非线性结构的系统辨识及其气动弹性分析与控制，具体的研究工作包括：（1）非线性气动弹性系统建模；（2）结构非线性环节的参数辨识；（3）非线性气动弹性特性分析；（4）非线性气动弹性不确定性量化；（5）非线性气动弹性响应控制；（6）典型结构模型的地面试验与风洞试验验证。期望建立基于结构试验的集中参数非线性结构辨识方法，发展具有工程实用性的非线性气动弹性分析与控制方法，为飞行器设计提供重要的技术支持。

全动舵面和折叠翼面等飞行器结构不可避免地存在间隙、非线性刚度和迟滞等集中参数非线性因素，由此引发极限环振荡或混沌等复杂的非线性气动弹性现象。工程设计通常以线性化处理为主，回避非线性问题，这可能导致飞行器性能付出较大的代价。本项目针对具有集中参数结构非线性的典型飞行器结构部件，开展非线性结构辨识及气动弹性分析与控制研究，具体研究内容包括：（1）非线性气动弹性系统建模；（2）结构非线性的探测与辨识；（3）非线性气动弹性特性分析；（4）非线性气动弹性不确定性分析；（5）非线性气动弹性响应控制；（6）典型结构模型的实验研究。通过本项目研究，建立了一种适用于多自由度工程结构的非线性动力学建模方法，该方法能将部件连接处的非线性回复力以显式表达在结构动力学方程中；建立了一套基于结构试验的集中参数非线性结构辨识方法，该方法包含非线性的探测、非线性类型的判别、基于时域和频域信号的非线性参数辨识，为实际工程结构的非线性辨识提供了可行的手段；发展了多自由度工程结构的非线性气动弹性分析方法，能够同时考虑舵系统复刚度和传动机构非线性进行舵系统气动弹性建模与分析，为实际工程对象的非线性颤振特性分析提供了技术支持。同时，探索了先进控制理论在非线性气动弹性主动控制中的应用，为极限环振荡主动抑制提供了可行的途径。