本文關鍵詞：基于智能結構的變形體機翼模型設計及高速風洞試驗驗證

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【摘要】：變形體飛行器可以自主改變氣動外形來適應不同飛行環(huán)境、執(zhí)行多種飛行任務,被認為是未來飛行器發(fā)展的一個重要方向。變形體飛行器的設計對驅動機構的重量、體積以及工作環(huán)境要求極為嚴苛。形狀記憶合金(Shape Memory Alloy,SMA)以其能量密度高、輸出應變大的特點被認為是變形體飛行器的最佳驅動元件之一。本文以形狀記憶合金驅動的變形體機翼后緣偏轉變形為設計目標,開展了形狀記憶合金力學特性實驗與建模、變形體機翼模型設計、變形體機翼高速風洞試驗、氣動/結構耦合下的變形體機翼數(shù)值模擬等一系列研究工作。本文的具體研究內容如下:首先,開展了形狀記憶合金的力學性能測試與建模。通過拉伸試驗獲得了形狀記憶合金在室溫、高溫狀態(tài)下的應力應變曲線及其彈性模型。測試了形狀記憶合金的最大可回復應變。詳細測試了形狀記憶合金回復應力與預應變、加熱溫度以及回復應變間的變化關系。由于Tanaka系列本構模型在大應變對回復應力的預測不準確,本文通過擬合實驗數(shù)據的方法,建立了形狀記憶合金的回復應力模型。其次,開展了變形體機翼模型設計工作。詳述了偏動型形狀記憶合金驅動器的作動原理,并進行了原理性實驗驗證。提出了一種懸臂梁(或稱之為柔性節(jié))式后緣偏轉變形結構。采用形狀記憶合金驅動、柔性節(jié)偏置的方式實現(xiàn)了機翼后緣的往復偏轉變形�；谒岢龅男螤钣洃浐辖鸬幕貜蛻δＰ�,建立了柔性結構的力學模型,并對結構的關鍵尺寸進行了選優(yōu)。建立了機翼的有限元模型,利用Nastran軟件仿真計算,獲得了模型后緣偏轉位移,柔性節(jié)、形狀記憶合金關鍵位置的應力,驗證了模型設計的合理性與可行性,并為后文的氣動/結構耦合下的數(shù)值模擬研究提供結構計算模型。設計制作了機翼模型,進行了地面試驗驗證。第三,開展了變形體機翼高速風洞試驗研究。通過VMD變形測量、PSI測壓、PSP測壓三種手段獲得了模型后緣偏轉角和上下翼面的壓力分布。實驗工況:Ma=0.4~0.8、攻角α=0°~6°。分析了后緣偏轉角隨攻角與馬赫數(shù)的變化規(guī)律。分析了變形前后兩個穩(wěn)定狀態(tài)下上翼面壓力分布變化規(guī)律。對變形前后的氣動收益進行了評價。挑選典型狀態(tài),研究了變形過程中上翼面壓力分布的動態(tài)變化規(guī)律與遲滯特性。對于后緣偏轉變形對上翼面流動加速、激波位置改變、后緣流動分離等流態(tài)的影響進行了分析。根據PSP測壓結果分析了變形前后下翼面壓力分布以及翼型升力的變化規(guī)律。第四,開展變形體機翼模型的氣動/結構耦合數(shù)值模擬研究。計算了Ma=0.8狀態(tài)下后緣偏轉角以及變形前后的壓力分布,計算結果與實驗結果規(guī)律一致�？坍嬃俗冃吻昂笠硇屠@流結構。同時從宏觀上分析了變形前后的氣動力系數(shù)變化。
【關鍵詞】：變形體 機翼 形狀記憶合金 高速風洞試驗 CFD/CSD
【學位授予單位】：中國空氣動力研究與發(fā)展中心
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V211.74;V224
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 引言10-25
• §1.1 研究背景與意義10-13
• §1.2 國外重大項目概述13-15
• §1.3 變形體機翼關鍵技術研究現(xiàn)狀15-23
• §1.3.1 國內外變形體機翼變形方案、結構研究現(xiàn)狀15-20
• §1.3.2 形狀記憶合金驅動結構應用現(xiàn)狀20-23
• §1.4 本文研究工作23-25
• 第二章 形狀記憶合金力學建模與實驗25-40
• §2.1 引言25
• §2.2 形狀記憶合金基本特性25-27
• §2.2.1 形狀記憶效應25-27
• §2.2.2 偽彈性、超彈性27
• §2.3 形狀記憶合金力學模型27-31
• §2.3.1 形狀記憶合金本構模型27-29
• §2.3.2 形狀記憶合金回復應力模型29-30
• §2.3.3 對流傳熱模型30-31
• §2.4 形狀記憶合金性能測試31-39
• §2.4.1 實驗設備31-32
• §2.4.2 恒定溫度下應力應變測試32-33
• §2.4.3 最大可回復應變測試33-34
• §2.4.4 回復力測試34-38
• §2.4.5 基于實驗結果的回復力模型38-39
• §2.5 本章小結39-40
• 第三章 變形體機翼模型設計40-59
• §3.1 引言40
• §3.2 形狀記憶合金驅動器作動原理40-45
• §3.2.1 形狀記憶合金驅動器基本概念40-42
• §3.2.2 形狀記憶合金作動原理實驗驗證42-45
• §3.3 模型基體結構設計及變形方案45-48
• §3.3.1 模型基體結構設計45-47
• §3.3.2 模型變形方案47-48
• §3.4 柔性結構設計48-52
• §3.4.1 柔性結構力學建模48-51
• §3.4.2 柔性結構關鍵尺寸設計51-52
• §3.5 有限元模型52-56
• §3.5.1 形狀記憶合金建模52-53
• §3.5.2 無氣動載荷狀態(tài)下模型變形結果分析53-55
• §3.5.3 模型強度校核55-56
• §3.6 地面實驗56-58
• §3.7 本章小結58-59
• 第四章 變形體機翼風洞試驗研究59-82
• §4.1 引言59
• §4.2 試驗內容59-65
• §4.2.1 試驗風洞59
• §4.2.2 試驗模型59-60
• §4.2.3 試驗項目60
• §4.2.4 測量設備與方法60-65
• §4.3 試驗數(shù)據分析65-80
• §4.3.1 測壓數(shù)據處理65-66
• §4.3.2 變形測量數(shù)據分析66-70
• §4.3.3 上翼面壓力分布分析70-78
• §4.3.4 PSP測壓數(shù)據分析78-80
• §4.4 本章小結80-82
• 第五章 變形體機翼流固耦合數(shù)值模擬初探82-95
• §5.1 引言82
• §5.2 流固耦合數(shù)值計算方法82-85
• §5.3 網格驗證85-86
• §5.4 氣動/結構耦合作用下變形分析86-94
• §5.4.1 計算值與實驗值對比86-88
• §5.4.2 變形前后繞流特性分析88-92
• §5.4.3 變形量與氣動力系數(shù)分析92-94
• §5.5 本章小結94-95
• 第六章 總結與展望95-98
• §6.1 論文研究成果95-96
• §6.2 論文創(chuàng)新點96
• §6.3 工作展望96-98
• 致謝98-99
• 個人簡介及攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文99-100
• 參考文獻100-105

【參考文獻】

中國博士學位論文全文數(shù)據庫 前1條

1 董二寶;智能變形飛行器結構實現(xiàn)機制與若干關鍵技術研究[D];中國科學技術大學;2010年

中國碩士學位論文全文數(shù)據庫 前1條

1 許新;超臨界翼型激波誘導分離及其雷諾數(shù)影響研究[D];中國空氣動力研究與發(fā)展中心;2013年

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本文編號：728203