基于Hamilton原理的大展弦比直机翼固有特性分析

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1、万方数据l：『乙嫉绣度2010，32(5)：854-858●研究简报●基于Hamilton原理的大展弦比直机翼固有特性分析睾DⅢ匝RENCECHARA(11ER【STICANAI鹏IsOFHIGHASPECTRA田【ONWINGBAsEDONHAMⅡToN’SPRINCⅡ’LE田坤黉料谷良贤王洪伟(西北工业大学航天学院，西安710072)TIANKunHongGULiangXianWANGHongWei(SchoolofAstronautics，NorthwestPolytechnicalUniversity，Xi7ar

2、t710072，China)摘要基于Hamilton变分原理，推导具有几何非线性特点的大展弦比直机翼的自由运动方程。基于所推导的运动方程，将机翼简化成薄壁盒型梁，分别对铝合金梁和复合材料梁进行MATLAB仿真，得到机翼的固有频率。并且将仿真得到的结果与用NASTRAN计算得到的结果进行比较，两者所得的结果一致。关键词大展弦比机翼几何非线性薄壁盒型梁有限元中图分类号v214．11V211．47Tilll5AbstractBecau靶oflargeflexibilities，thetraditionala11alytical

3、methodbasedOn8nlal]deformationassumptionisnotapplicableforlarge-aspect-ratiowirl黟．Tocorrectlyreflectitsgeometricnonlinearities，equationsoffreemotionisdevelopedbasedOHHamilton’8principle．ThewingWaSsimplifiedintoathin-walledboxbeam．Finiteelementmethodisusedtosolvet

4、hewiIlgequation．Matlabisusedtocalculatethenaturalfrequenciesof肌aluminumbeamandacompositebeamrespectively．SimulationresultsandNASTRANresultsagreewitheachother．KeywordsHigh-aspect-ratiowing；Geometricnonlinearity；Thin-walledbox]loam；FinitedementmethodCorrespond／riga

5、／／“lor：T／ANKun／／ong，E-ma／／：t／ankunhon91026@hotma／／．com，Fax：+86·29—88492989Manuscriptreceived20080514．inrevisedform20080801．引言1坐标系定义大展弦比机翼飞机因具有留空时间长、升阻比高、航程远的特点而越来越受到重视。但是大展弦比机翼在飞行载荷作用下，有很大的弯曲和扭转变形，会引起气动力的重新分布。常规求解体系中的小变形假设已不成立。但是大展弦比飞机的翼载并不大，结构内部的应力应变关系仍处于线弹性范围内¨

6、引。固有频率是进行大展弦比机翼气动弹性分析与优化的基础，所以建立基于几何非线性的大展弦比机翼的结构有限元模型，分析机翼的固有特性，求解机翼在大变形状态下的固有频率，是进一步研究大展弦比机翼气动弹性的基础旧J。本文将机翼简化成一个薄壁盒型梁，基于Hamil．ton原理推导机翼的自由运动方程。分别对各向同性材料(铝合金)梁和复合材料梁进行固有特性分析，并且将分析结果与NASTRAN的结果进行比较，验证所推导公式的正确性。计算机翼固有特性使用的坐标系有，地面固连坐标系砰奸zG，与地面固连坐标系平行的坐标系置Kz。(原点在飞机重

7、心)，飞机机身固连坐标系x，y，z，(原点在飞机重心)，以上三个坐标系定义如图l，图中C表示飞机的重心。机翼固连坐标系菇Yz(原点在飞机重心)如图2，其中A表示机翼的后掠角，P和P7表示机翼上的同一点，机翼受载之后尸点经过位移u、秽、tt，变到P7o2机翼的自由运动方程本文采用Hamiltion变分原理推导机翼的自由运动方程。Hamiliton原理是国外气动弹性专家推导直升机螺旋桨固有特性和气动弹性问题是的可靠理论方法，适合于各种悬臂梁的建模分析问题⋯。不考虑机翼所受的气动力等非保守力，机翼可以膏20080514收到初稿

8、，20080801收到修改稿。料田坤黉。女，1983年lO月生，陕西省渭南市富平县人。汉族。硕士研究生，研究方向为飞行器总体设计。万方数据第32卷第5期田坤簧等：基于Hamilton原理的大展弦比直机翼固有特性分析，飞机尾部Tailoftheaeroplane图l地面固连坐标系和机体坐标系Fig．1Groundfix