專利名稱：一種飛機(jī)顫振模型的頻率誤差修正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于飛機(jī)風(fēng)洞復(fù)合材料顫振試驗?zāi)Ｐ偷闹圃旒夹g(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于優(yōu)化技術(shù)及復(fù)合材料二次成型技術(shù)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)相似跨聲速飛機(jī)顫振模型的頻率誤差修正方法。
背景技術(shù)：
飛機(jī)研制過程中必須通過大量的風(fēng)洞試驗來得到飛機(jī)的氣動彈性響應(yīng)特征，研究和校核飛機(jī)結(jié)構(gòu)的顫振性能，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考依據(jù)。飛機(jī)顫振模型的精確制造是風(fēng)洞試驗?zāi)芊癯晒Φ年P(guān)鍵，所以必須保證顫振模型的各主要固有頻率滿足設(shè)計要求。目前，飛機(jī)的風(fēng)洞顫振試驗最常用的是金屬骨架模型，金屬骨架模型是由維形泡沫、非承載蒙皮和金屬骨架等結(jié)構(gòu)構(gòu)成，結(jié)構(gòu)剛度由金屬骨架提供。由于金屬材料的材料特性穩(wěn)定，因此這類模型僅需要控制金屬骨架的幾何加工精度，即可控制模型的頻率誤差。但金屬模型與飛機(jī)的模態(tài)相似性低，不能很好滿足跨聲速風(fēng)洞顫振試驗需求。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)相似模型，以下稱作復(fù)材模型，它是由變厚度蒙皮、變截面梁、框等典型構(gòu)件組合，各構(gòu)件排布以及承載特性與原機(jī)結(jié)構(gòu)相似，是與原機(jī)結(jié)構(gòu)具有部分相似特征的縮比模型，與飛機(jī)結(jié)構(gòu)動力學(xué)特征的相似度高，是一種先進(jìn)的模型形式。復(fù)材模型的各主要承力構(gòu)件由樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成，其中增強(qiáng)纖維包括具有平面編織結(jié)構(gòu)的玻璃纖維織物、碳纖維織物、芳綸纖維織物或上述三種纖維的混編織物或由玻璃纖維、碳纖維制成的短切纖維氈；基體樹脂包括不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂或環(huán)氧樹脂等熱固性樹脂。但由于模型設(shè)計過程中工程假設(shè)帶來的計算誤差、復(fù)合材料的材料的分散誤差以及模型制造中的幾何誤差與裝配中的附加剛度誤差等，造成制造出的模型模態(tài)頻率容易超出模型設(shè)計的誤差許可范圍。因而，當(dāng)制造出的復(fù)材模型，其各主要固有頻率低于設(shè)計值且超出誤差許可范圍時，需提供一種模態(tài)頻率的制造誤差修正方法，修正復(fù)材模型的模態(tài)頻率使之滿足設(shè)計要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種針對飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)相似跨聲速顫振試驗?zāi)Ｐ湍B(tài)頻率的制造誤差修正方法，當(dāng)制造出的復(fù)材模型其主要固有頻率低于設(shè)計值且超出誤差許可范圍時，通過誤差修正使制造出的復(fù)材模型的各主要固有頻率精確地保證在設(shè)計值的誤差范圍內(nèi)。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種飛機(jī)顫振模型的頻率誤差修正方法通過測量復(fù)材模型幾何尺寸、重量特征和各主要階固有頻率，計算得到實際材料性質(zhì)，然后根據(jù)各主要固有頻率與設(shè)計值的誤差，通過有限元仿真分析與優(yōu)化方法計算得到修正方案，并按照修正方案，采用二次成型工藝在復(fù)材模型蒙皮內(nèi)側(cè)的各個修正區(qū)域增加復(fù)合材料鋪層，在改變復(fù)材模型剛度分布的同時，通過配重調(diào)整保持復(fù)材模型重量分布特征不變，最后按照設(shè)計裝配制成合格的風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ停瑢崿F(xiàn)復(fù)材模型頻率誤差的修正。具體內(nèi)容是:1.復(fù)材模型幾何尺寸、重量特征和各主要固有頻率的測量使測量復(fù)材模型主要固有頻率時，需要將復(fù)材模型蒙皮、梁和肋按照設(shè)計要求臨時裝配，臨時裝配時所用粘接劑為軟化溫度為50°C -80°C的熱塑性樹脂。測量完成后，將復(fù)材模型置于烘箱內(nèi)加熱至臨時裝配用熱塑性樹脂的軟化溫度，分離復(fù)材模型的蒙皮、梁和肋等構(gòu)件，冷卻后使用無水酒精和丙酮對粘接裝配面進(jìn)行清洗，去除熱塑性樹脂。2.復(fù)材模型實際材料密度和彈性模量的計算復(fù)材模型實際的材料性質(zhì)是根據(jù)實際測量得到的復(fù)材模型幾何參數(shù)、重量參數(shù)和固有頻率，通過建立有限元分析模型計算得到，其中復(fù)材模型的實際材料性質(zhì)包括蒙皮的材料密度A和彈性模量S，梁的材料密度g和彈性模量，肋的材料密度P和彈性模量E:。3.根據(jù)復(fù)材模型各主要固有頻率誤差以及實際的幾何、材料參數(shù)，優(yōu)化得到誤差修正方案復(fù)材模型頻率誤差的修正方案包括需要增加復(fù)合材料鋪層的修正區(qū)域以及各個修正區(qū)域上的復(fù)合材料鋪層參數(shù)。修正區(qū)域在蒙皮內(nèi)側(cè)，并按照梁肋所處位置進(jìn)行劃分；復(fù)合材料鋪層參數(shù)包括復(fù)合材料鋪層的增強(qiáng)纖維類型、基體樹脂類型、纖維樹脂配比、纖維鋪層厚度和纖維鋪設(shè)角度，其中基體樹脂類型與蒙皮的基體樹脂類型相同，纖維類型和纖維
樹脂配比形成的復(fù)合材料的材料密度P’和彈性模量E’必須滿足
權(quán)利要求
1.一種飛機(jī)顫振模型的頻率誤差修正方法，其特征在于:復(fù)合材料結(jié)構(gòu)相似跨聲速顫振模型也稱復(fù)材模型，通過測量復(fù)材模型幾何尺寸、重量特征和各主要階固有頻率，計算得到實際材料性質(zhì)，然后根據(jù)各主要固有頻率與設(shè)計值的誤差，通過有限元仿真分析與優(yōu)化方法計算得到修正方案，并按照修正方案，采用二次成型工藝在復(fù)材模型蒙皮內(nèi)側(cè)的各個修正區(qū)域增加復(fù)合材料鋪層，在改變復(fù)材模型剛度分布的同時，通過配重調(diào)整保持復(fù)材模型重量分布特征不變，最后按照設(shè)計裝配制成合格的風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ?，實現(xiàn)復(fù)材模型頻率誤差的修正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種飛機(jī)顫振模型的頻率誤差修正方法，其特征在于:測量復(fù)材模型主要固有頻率時，需要將復(fù)材模型蒙皮、梁和肋按照設(shè)計要求臨時裝配，臨時裝配時所用粘接劑為軟化溫度為50°C _80°C的熱塑性樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種飛機(jī)顫振模型的頻率誤差修正方法，其特征在于:復(fù)材模型主要固有頻率測量完成后，需要將復(fù)材模型置于烘箱內(nèi)加熱至臨時裝配用熱塑性樹脂的軟化溫度，分離復(fù)材模型的蒙皮、梁和肋等構(gòu)件，冷卻后使用無水酒精和丙酮對粘接裝配面進(jìn)行清洗，去除熱塑性樹脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種飛機(jī)顫振模型的頻率誤差修正方法，其特征在于:復(fù)材模型實際的材料性質(zhì)是根據(jù)實際測量得到的復(fù)材模型幾何參數(shù)、重量參數(shù)和固有頻率，通過建立有限元分析模型計算得到，其中復(fù)材模型的實際材料性質(zhì)包括蒙皮的材料密度g和彈性模量^，梁的材料密度/ 和彈性模量肋的材料密度P和彈性模量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種飛機(jī)顫振模型的頻率誤差修正方法，其特征在于:復(fù)材模型頻率誤差的修正方案包括需要增加復(fù)合材料鋪層的修正區(qū)域以及各個修正區(qū)域上的復(fù)合材料鋪層參數(shù)，其中修正區(qū)域為蒙皮內(nèi)側(cè)，并按照梁肋所處位置進(jìn)行劃分，鋪層參數(shù)包括復(fù)合材料鋪層的增強(qiáng)纖維類型、基體樹脂類型、纖維樹脂配比、纖維鋪層厚度和纖維鋪設(shè)角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種飛機(jī)顫振模型的頻率誤差修正方法，其特征在于:基體樹脂類型與蒙皮的基體樹脂類型相同，纖維類型和纖維樹脂配比形成的復(fù)合材料的材料密β' 廠-度P’和彈性模量Ε’必須滿足.~r>」r。
P P,
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種飛機(jī)顫振模型的頻率誤差修正方法，其特征在于:修正方案的獲取采用優(yōu)化設(shè)計方法得到，通過得到的復(fù)材模型實際材料密度和彈性模量建立有限元分析模型，在此基礎(chǔ)上展開優(yōu)化，以最小化復(fù)材模型各主要固有頻率相對誤差平方和為優(yōu)化目標(biāo)，以各個修正區(qū)域中所選復(fù)合材料的鋪層厚度與纖維鋪設(shè)角度為優(yōu)化設(shè)計變量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種飛機(jī)顫振模型的頻率誤差修正方法，其特征在于:使用常溫或中溫固化的接觸成形工藝，在蒙皮內(nèi)側(cè)按照修正方案增加用于誤差修正的復(fù)合材料鋪層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種飛機(jī)顫振模型的頻率誤差修正方法，其特征在于:根據(jù)調(diào)整后的變厚度蒙皮和模型的梁肋等構(gòu)件重量分布特征，在模型梁肋結(jié)合處增加配重，使模型整體的重心位置以及模型各個梁肋間區(qū)域的重心位置與模型設(shè)計要求相符。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種飛機(jī)顫振模型的頻率誤差修正方法，其特征在于:使用不飽和聚酯或環(huán)氧樹脂等熱固性樹脂，按照復(fù)材模型設(shè)計要求，將調(diào)整過剛度分布、質(zhì)量分布后的復(fù)材模型構(gòu)件粘接裝配，形成 最終的復(fù)材模型成品。
全文摘要
一種飛機(jī)顫振模型的頻率誤差修正方法，屬于飛機(jī)風(fēng)洞復(fù)合材料顫振試驗?zāi)Ｐ偷闹圃旒夹g(shù)領(lǐng)域。其特征是該方法根據(jù)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)相似模型，以下稱作復(fù)材模型，各主要固有頻率與設(shè)計值的誤差，通過有限元仿真分析與優(yōu)化方法計算得到修正方案，并按照修正方案，采用二次成型工藝在復(fù)材模型蒙皮內(nèi)側(cè)的各個修正區(qū)域增加復(fù)合材料鋪層，在改變復(fù)材模型剛度分布的同時，通過配重調(diào)整保持復(fù)材模型重量分布特征不變，從而實現(xiàn)對復(fù)材模型各主要頻率誤差的修正，使之處于設(shè)計允差范圍內(nèi)。本發(fā)明的效果和益處是該修正方法針對性強(qiáng)，工藝簡便，可以提高復(fù)材模型制造的精確性，降低廢品率，縮短制造周期。
文檔編號G06F17/50GK103077286SQ20131001931
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者楊睿, 賈振元, 張強(qiáng), 孫士勇, 李龍濤, 錢衛(wèi), 郭東明 申請人:大連理工大學(xué)