自從1916年發(fā)現(xiàn),當飛機達到一定速度后,飛機機翼、尾翼和操縱面會產(chǎn)生顫振以來,迄今還未能從設(shè)計角度完全預(yù)測和排除。據(jù)報道,1997年9月,美國一架F-117A“夜鷹”隱形戰(zhàn)斗機發(fā)生了機翼顫振,使一個機翼的大部分脫落,導致災(zāi)難性事故。由于飛機機翼顫振的機理復(fù)雜,目前還只能在飛機設(shè)計的最后階段進行顫振特性分析,力求通過少量的結(jié)構(gòu)和氣動特性改進,加上合理的主動控制技術(shù)來抑制或延遲發(fā)生顫振。通過合理設(shè)計和優(yōu)良的主動控制技術(shù),既可以提供飛行可靠性,還可以減輕飛機結(jié)構(gòu)重量。 發(fā)表在2009年27卷第2期《科技導報》上的“機翼顫振的非線性動力學和控制研究”一文,介紹應(yīng)用現(xiàn)代非線性動力學和控制的理論和方法,對機翼顫振問題研究的成果。第一作者為天津大學力學系丁千。該項成果主要包括3部分。
(1)針對高超音速流中機翼的顫振進行穩(wěn)定性分析,結(jié)果證明隨著飛行馬赫數(shù)(速度)提高,顫振類型會發(fā)生改變,對飛機結(jié)構(gòu)的破壞性增大。 (2)對機翼顫振進行主動控制研究。通過顫振類型與系統(tǒng)系數(shù)的關(guān)系,確定控制器的非線性增益,從而可以改變顫振類型。
(3)彈性結(jié)構(gòu)使用一段時間后,連接部位會出現(xiàn)一定的松動或間隙。對于可以用雙線性結(jié)構(gòu)剛度描述的該類機翼,分析了運動中的擾動因素對顫振的可能影響,發(fā)現(xiàn)在一定條件下,不同的擾動會導致不同的顫振運動,甚至可能成發(fā)散式的失穩(wěn)。
飛機結(jié)構(gòu)的氣動彈性問題和主動控制技術(shù),涉及多門前沿學科領(lǐng)域的交叉與融合,目前我國還比較缺乏的顫振主動抑制技術(shù)開發(fā)。在國家自然科學基金的支持下,本課題在基礎(chǔ)研究方面取得了一定成果,對我國在軍民用飛機技術(shù),特別是發(fā)展大飛機和其他高速飛行器所需的關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù),能起到一定的推進作用。