[发明专利]一种气动失速的动态分岔发生装置

说明书

本发明公开一种气动失速的动态分岔发生装置,在支撑框架内设置展向沿竖直方向的待测主机翼模型，其梢部转轴通过角位移传感器与支撑框架顶面滑块连接；根部转轴与支撑框架底面滑块轴承连接；使待测主机翼模型具有前后方向移动自由度与绕竖直方向的转动自由度。同时设计攻角调节结构调节待测主机翼攻角，以及沉浮调节机构调节待测主机翼模型沉浮刚度；待测主机翼上还安装有测量主机翼绕竖直方向转动的角度的角位移传感器、测量主机翼表面的动态压力数值的压力传感器；支撑框架上安装有测量流场特性的PIV测量装置。本发明可实现对气动失速引起的动态分岔数值仿真结果的验证，并为理论建模提供修正，以此提出切实可行的增大动态分岔速度的策略。

技术领域

本发明属于航空飞行器设计和风力机领域,是一种气动失速的动态分岔发生装置,具体来说是一种针对于固定翼飞行器机翼、旋翼飞行器旋翼、风力机叶片发生气动失速后测量其动态响应和动态分岔的实验系统。

背景技术

真实飞行器在机翼攻角较大时候，气动力会从机翼表面分离，当分离达到一定程度，气动力会陡然降低，这种现象称之为气动失速。气动失速之后机翼升力减小，攻角减小，气流重新附着，升力增加，如此反复，在结构俯仰自由度上俯仰发生等幅振荡。这种由于气动失速引起的动态分岔通常也称为失速颤振，是一种严重的气动弹性不稳定现象。大展弦比机翼，尤其是太阳能飞机由于翼尖变形较大，会使翼尖处于一个很大的迎角,容易使其发生气动失速，进而引发动态分岔，严重时将对机体造成严重的破坏。另外直升机旋翼和螺旋桨也会发生动态分岔情况。正在旋转的螺旋桨，当迎角增大到失速区时，就会出现气动失速的动态分岔。它的发生不取决于惯性力、弹性力以及气动力等经典颤振的特征条件，其关键是因为气动力在大攻角情况下发生气动失速导致，因此是一种比较复杂的非线性动力学现象。

通常，当迎角达到失速的范围时，可以呈现出的特点是，气动力开始在机翼表面发生分离，当分离达到一定程度之后，气动力所带来的升力急剧下降，作用在机翼上的回复力将使机翼攻角变小，气流由于攻角变小，又重新附着在机翼表面，恢复机翼的升力，如此往复，机翼在俯仰方向发生俯仰振荡。在发生气动失速，机翼进入俯仰振荡状态之后，不同的来流速度，俯仰振荡的幅值不同。通常情况是机翼在某一速度下突然发生俯仰振荡，且不收敛，当随着来流速度增加，俯仰振荡幅值会呈现多种变化，称为动态分岔现象，这种现象主要是由气动力失速引起的气动力非线性导致的。

目前研究气动力失速导致的动态分岔的机理还主要以数值模拟为主，但是由于气动力分离和失速的过程十分复杂，非定常气动力模拟假设的不确定性、飞机结构参数的不确定性，数值仿真需要经过试验验证。需发明动态分岔发生装置，可以定量研究气动力失速导致的动态分岔发生的条件以及影响因素，以及发生分岔之后机翼结构的响应情况，提供可靠的试验条件，从而通过实验手段找出抑制或者提高动态分岔速度的有效手段。

要在风洞实现对机翼失速颤振的模拟，主要存在以下问题：

1.动态分岔特性与机翼初始攻角和平衡位置有很大关系，如何设计可调初始攻角和平衡位置机构及其测量机构。

2.作为动态分岔的主要原因，气动力失速时非定常气动力动态特性测量较为复杂，其失速现象难以发生，气动力的动态变化特性也不易捕捉。

基于上述情况，有必要提出一种能够准确产生机翼气动力失速的动态分岔现象的试验装置与方法，以便为相关研究提供参考。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种气动失速的动态分岔装置，其应用对象是针对可能产生气动失速动态分岔现象的飞行器，旋翼机以及风力机，可产生由气动力失速引起的动态分岔现象，并对非定常气动力动态特性和机翼动态响应进行测量，用于研究飞行器或风力机叶片动态分岔特性。