飞行器随机响应的虚拟激励分析方法

admin · 发表于 2024-2-1 19:43:40

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在航空航天领域，飞行器在运行过程中所处的环境和所受的载荷都非常复杂。除了考虑飞行器在这些复杂环境下的固有振动特性和确定性外载作用下的动力响应外，考虑随机性外载的影响也不容忽视。随机振动理论和方法就是处理这类题目的先进思想和重要手段，但在国内外航空航天领域中还很少实际应用，主要原因之一就是现有随机振动分析方法复杂而且低效，这在很大程度上限制了飞行器设计水平的提高。虚拟激励法是高效精确的随机振动分析方法，迄今已经在大跨度结构抗震、抗风、海洋平台和汽车随机振动等多个工程领域都得到了成功应用。但是迄今为止，这一有力的工具却并未在航空航天领域被充分认识和应用，在这些具有战略意义的重要领域中，所应用的随机振动分析方法依然复杂低效，缺乏创新意识。本论文针对这一现状，以航空航天结构为背景，针对复杂的飞行器飞行环境，将虚拟激励法作了有针对性的发展。研究飞行器对随机大气激励（阵风、跨音速脉动压力等）响应的主要方法是随机振动功率谱法。用高效、精确的分析方法计算不同飞行环境下飞行器的响应，以预测飞行器疲劳寿命和可靠度等是航空航天工程领域研究热点。本文将虚拟激励法与精细积分法和微分求积法相结合，对飞行器的随机响应进行了分析，主要针对阵风和跨音速脉动压力等随机载荷进行了研究。对二维机翼的平稳与非平稳大气紊流响应分别进行了分析，考虑了竖向简谐阵风的影响，随机激励谱选用了Von Karman紊流频谱。结果表明，在处理二维机翼在平稳与非平稳大气紊流响应的随机题目中，基于简谐响应分析的虚拟激励法不但是精确算法，而且效率非常高，具有很大的实用优势；结合精细积分法和微分求积法使得非平稳大气紊流响应的计算的精度和效率大大提高。本文还将虚拟激励法应用到火箭跨音速脉动压力作用下的随机响应分析中，解决了传统计算方法精度差、效率低的应用障碍。发展这一方法对于该领域的数值计算是很有价值的。

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