留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

飞翼布局飞机阵风减缓主动控制风洞试验

杨俊斌 吴志刚 戴玉婷 马成骥 杨超

杨俊斌, 吴志刚, 戴玉婷, 等 . 飞翼布局飞机阵风减缓主动控制风洞试验[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(1): 184-192. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0079
引用本文: 杨俊斌, 吴志刚, 戴玉婷, 等 . 飞翼布局飞机阵风减缓主动控制风洞试验[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(1): 184-192. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0079
YANG Junbin, WU Zhigang, DAI Yuting, et al. Wind tunnel test of gust alleviation active control for flying wing configuration aircraft[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(1): 184-192. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0079(in Chinese)
Citation: YANG Junbin, WU Zhigang, DAI Yuting, et al. Wind tunnel test of gust alleviation active control for flying wing configuration aircraft[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(1): 184-192. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0079(in Chinese)

飞翼布局飞机阵风减缓主动控制风洞试验

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0079
基金项目: 

国家自然科学基金 11372023

详细信息
    作者简介:

    杨俊斌,男,硕士研究生。主要研究方向:气动弹性分析与主动控制

    通讯作者:

    吴志刚,男,博士,副教授,硕士生导师。主要研究方向:气动弹性力学与控制. E-mail:wuzhigang@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V215.3

Wind tunnel test of gust alleviation active control for flying wing configuration aircraft

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 11372023

More Information
  • 摘要:

    飞翼布局飞机具有优越的隐身和气动特性,但由于布局原因无法配置常规控制面,因此常规布局飞机的阵风减缓控制方法不再适用。针对大展弦比飞翼布局飞机,设计了风洞模型、具有沉浮和俯仰2个方向自由度的支持系统以及能够产生连续正弦阵风的阵风发生器,采用经典控制律理论设计了能够同时减缓翼尖过载和翼根弯矩的3组控制方案,开展了阵风减缓主动控制风洞试验,对开、闭环试验数据进行了分析。试验数据表明,和正常式布局飞机不同,阵风引起的飞翼布局飞机的翼尖过载和翼根弯矩在俯仰模态对应的频率处有一个很大的峰值,而在一弯频率附近峰值比较小;对于不同控制面组合,阵风减缓效果不一样;对于飞翼布局飞机,选用合适的控制面组合可以有效减缓阵风载荷和阵风响应。

     

  • 图 1  试验假想图

    Figure 1.  Test imaginary graph

    图 2  模型总体设计及结构图

    Figure 2.  Overall design and structure of model

    图 3  一弯振型

    Figure 3.  First-order bending formation

    图 4  支持系统

    Figure 4.  Support system

    图 5  风洞装配图

    Figure 5.  Wind tunnel assembly diagram

    图 6  风洞现场安装图

    Figure 6.  Wind tunnel site installation diagram

    图 7  数据采集与试验监控模块

    Figure 7.  Data acquisition and test monitoring module

    图 8  各回路反馈参数

    Figure 8.  Feedback parameters of each loop

    图 9  风速为16 m/s,阵风频率为1.0 Hz时,开环翼尖过载频响图

    Figure 9.  Frequency response graph of open-loop wing tipoverload when wind speed is 16 m/s and gust wind frequency is 1.0 Hz

    图 10  不同风速下,模型俯仰模态的频率

    Figure 10.  Model’s pitch mode frequency atdifferent wind speed

    图 11  不同风速和不同频率的开环翼尖过载

    Figure 11.  Open-loop wing tip overload at differentwind speed and frequency

    图 12  不同风速和不同频率的开环翼根弯矩

    Figure 12.  Open-loop wing root bending moment at differentwind speed and frequency

    图 13  3种控制方案在不同频率下的翼尖过载

    Figure 13.  Wing tip overload of three control schemes at different frequency

    图 14  3种控制方案在不同频率下的翼根弯矩

    Figure 14.  Wing root bending moment of three controlschemes at different frequency

    图 15  3种控制方案在不同风速下的翼尖过载

    Figure 15.  Wing tip overload of three control schemes atdifferent wind speed

    图 16  TE1舵面的舵偏

    Figure 16.  Rudder deflection of TE1 rudder

    图 17  TE4舵面的舵偏

    Figure 17.  Rudder deflection of TE4 rudder

    图 18  3种控制方案在不同风速下的翼根弯矩

    Figure 18.  Wing root bending moment of three control schemes at different wind speed

    图 19  控制方案1和开环在时域下的翼尖过载

    Figure 19.  Wing tip overload of control scheme 1 and open loop in time domain

    图 20  控制方案1和开环在时域下的翼根弯矩

    Figure 20.  Wing root bending moment of control scheme 1 and open loop in time domain

    表  1  模型几何参数

    Table  1.   Model geometric parameters

    项目参数
    翼展/m0.8
    根部弦长/m0.6
    梢部弦长/m0.2
    前缘后掠角/(°)20
    机身后缘前掠角/(°)57.4
    机翼后缘后掠角/(°)20
    翼型NACA0015
    下载: 导出CSV

    表  2  模态分析

    Table  2.   Modal analysis

    模态阶数模态描述频率/Hz
    1沉浮0
    2俯仰0
    3一弯2.56
    4面内一弯6.88
    5二弯8.16
    6一扭27.57
    下载: 导出CSV

    表  3  不同控制方案控制回路组成

    Table  3.   Contol loop composition of differentcontrol schemes

    控制方案TE1回路TE3回路TE4回路LE回路
    1×
    2××
    3×
    下载: 导出CSV

    表  4  3种控制方案在不同频率下的翼尖过载减缓效果

    Table  4.   Wing tip overload alleviation effect of threecontrol schemes at different frequency

    频率/Hz减缓效果/%
    控制方案1控制方案2控制方案3
    1.29.246.525.6
    1.510.2-0.235.0
    1.8-10.5-0.119.0
    下载: 导出CSV

    表  5  3种控制方案在不同频率下的翼根弯矩减缓效果

    Table  5.   Wing root bending moment alleviation effectof three control schemes at different frequency

    频率/Hz减缓效果/%
    控制方案1控制方案2控制方案3
    1.24.534.63.4
    1.5-2.7-18.423.8
    1.8-48.3-40.0-11.7
    下载: 导出CSV

    表  6  3种控制方案在不同风速下的翼尖过载减缓效果

    Table  6.   Wing tip overload alleviation effect of three control schemes at different wind speed

    风速/(m·s-1)减缓效果/%
    控制方案1控制方案2控制方案3
    189.246.525.6
    2025.5-6.556.1
    2255.2-56.759.2
    下载: 导出CSV

    表  7  3种控制方案在不同风速下的翼根弯矩减缓效果

    Table  7.   Wing root bending moment alleviation effectof three control schemes at different wind speed

    风速/(m·s-1)减缓效果/%
    控制方案1控制方案2控制方案3
    184.534.63.4
    209.7-30.047.2
    2241.4-104.541.7
    下载: 导出CSV
  • [1] 金长江, 肖业伦.大气扰动中的飞行原理[M].北京:国防工业出版社,1992:5-7.

    JIN C J,XIAO Y L.Flight principle in atmosphere turbulence[M].Beijing:National Defence Industry Press,1992:5-7(in Chinese).
    [2] MCKENZIE J R.B-52 control configured vehicles ride control analysis and flight test:AIAA-1973-782[R].Reston:AIAA, 1973.
    [3] DISNEY T E.C-5A active load alleviation system[J]. Journal of Spacecraft and Rockets,1977,14(2):81-86. doi: 10.2514/3.57164
    [4] WINTHER B A, SHIRLEY W A,HEIMBAUGH R M. Wind-tunnel investigation of active control technology applied to a DC-10 deribative:AIAA-1980-0771[R].Reston:AIAA,1980.
    [5] KARPEL M,MOULIN B,FELDGUN V.Active alleviation of gust loads using special control surfaces:AIAA-2006-1833[R]. Reston:AIAA,2006.
    [6] ERIC V, ANTHONY S. Structural modal control and gust load alleviation for a sensor craft concept:AIAA-2005-1946[R]. Reston:AIAA,2005.
    [7] SCOTT R C, TRAVIS K.Aeroservoelastic testing of a sidewall mounted freeflying wind-tunnel model:AIAA-2008-7186[R]. Reston:AIAA,2008.
    [8] ERIC R. Aeroservoelastic design and test validation of the joined wing sensorcraft:AIAA-2008-7189[R].Reston:AIAA, 2008.
    [9] ERIC R, MARK C,BRADLEY S. Joined wing sensorcraft aeroserelastic wind tunnel test program:AIAA-2011-1956[R]. Reston:AIAA,2011.
    [10] 陈磊,吴志刚,杨超,等.多控制面机翼阵风减缓主动控制与风洞试验验证[J].航空学报,2009,30(12):2250-2256. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKXB200912003.htm

    CHEN L,WU Z G,YANG C,et al.Active control and wind tunnel test verification of multi-contol surfaces wing for gust alleviation[J].Acta Aeronautica et Astronautica Sinica,2009,30(12):2250-2256(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKXB200912003.htm
    [11] 陈磊,吴志刚,杨超,等.弹性机翼阵风响应和载荷减缓与风洞试验验证[J].工程力学,2011(6):212-218. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GCLX201106033.htm

    CHEN L, WU Z G,YANG C,et al.Gust response,load alleviation and wind-tunnel experiment verification of elastic wing[J].Engineering Mechanics,2011(6):212-218(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GCLX201106033.htm
    [12] 吴志刚,陈磊,杨超,等.弹性飞机阵风响应建模与减缓方案设计[J].中国科学:科学技术,2011,41(3):394-402. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JEXK201103016.htm

    WU Z G,CHEN L,YANG C,et al.Gust response modeling and alleviation scheme design for an elastic aircraft[J].Science China Technological Sciences, 2011,41(3):394-402(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JEXK201103016.htm
    [13] 刘伏虎, 马晓平,张子健.飞翼布局无人机阵风减缓主动控制研究[J].机械科学与技术,2015,34(10):1631-1635. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXKX201510030.htm

    LIU F H,MA X P,ZHANG Z J.Active control of gust alleviation for glying wing configuration UAV[J].Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering,2015,34(10):1631-1635(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXKX201510030.htm
    [14] WANG L B, SHEN L,CHEN L, et al.Design and analysis of a wind tunnel test model system for gust alleviation of aeroelastic aircraft:AIAA-2012-1469[R].Reston:AIAA,2012.
    [15] 楚龙飞, 刘晓燕,吴志刚.阵风减缓模型风洞试验的阵风发生器设计与应用[C]//第十一届全国空气弹性学术交流会会议论文集.北京:中国力学学会,2009:187-192.

    CHU L F, LIU X Y,WU Z G.Design and application of gust generator for gust alleviation wind-tunnel test[C]//The eleventh National Conference on Air Elasticity.Beijing:The Chinese Society of Theoretical and Applied Mechanics,2009:187-192(in Chinese).
  • 加载中
图(20) / 表(7)
计量
  • 文章访问数:  775
  • HTML全文浏览量:  1
  • PDF下载量:  679
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-01-22
  • 录用日期:  2016-04-22
  • 刊出日期:  2017-01-20

目录

    /

    返回文章
    返回
    常见问答