[发明专利]一种基于流固耦合效应的飞机升降舵嗡鸣抑制器

说明书

本发明一种基于流固耦合效应的飞机升降舵嗡鸣抑制器，属于嗡鸣抑制器领域；包括底座、锰钢片、粘弹性阻尼条和质量块；所述底座固定于升降舵蒙皮内壁面；所述锰钢片一端通过连接件垂直固定于竖梁的侧壁上，另一端固定有所述质量块，能够做上下往复的沉浮运动；所述粘弹性阻尼条粘贴于所述锰钢片的上、下表面。当升降舵发生嗡鸣时，锰钢片发生反复弯曲变形，自由端的质量块做上下往复的沉浮运动，利用流固耦合效应，当外载气动力的频率与抑制器的频率相耦合，改变了升降舵的稳定性边界，缩小了嗡鸣发生的频率范围，粘弹性阻尼条通过反复的拉伸、收缩运动，将振动的一部分机械能耗散掉，降低了嗡鸣发生时的振动振幅，可以有效提高结构的疲劳寿命。

技术领域

本发明属于嗡鸣抑制器领域，具体涉及一种基于流固耦合效应的飞机升降舵嗡鸣抑制器。

背景技术

嗡鸣使飞机在跨声速飞行时，可能出现的一种升降舵绕其铰链轴的单自由度周期性的等幅或发散振幅振荡，属自激振动。升降舵发生嗡鸣时，会降低升降舵效率，严重时会使舵面失效甚至毁坏。工程中对防止嗡鸣有以下一些建议：应用装置简单又具有足够分量的机械性阻尼来抵消负气动阻尼；提高操纵面转动频率；气动设计方面，采用有大后掠角的铰链轴线、展弦比小的升力面、有利的翼剖面形式以及操纵面采用粗钝后缘或其他方式修改的后缘以减弱激波强度。目前还没有一个完全可信的解析方法预测发生升降舵嗡鸣的速度和频率，因此如何防止嗡鸣以及降低嗡鸣发生时振动的振幅成为飞行器设计中所密切关注的问题。

2004年8月第22卷第4期的《西北工业大学学报》上发表的《跨音速单自由度非线性颤振——嗡鸣的数值分析》公开了采用扰流片的方式抑制嗡鸣的发生。但这种方式会破坏升力面的外型，在工程实践中可行性不高。

升降舵嗡鸣抑制器安装在升降舵内部，结构简单，安装维护方便，可靠性高，效果显著。该抑制器通过流固耦合效应可有效减小升降舵发生嗡鸣的频率和振幅，当抑制器的结构固有频率与升降舵振动频率相等时减振效果最好，粘弹性阻尼条通过拉伸和收缩的往复运动吸收动能从而达到减振的效果。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于流固耦合效应的飞机升降舵嗡鸣抑制器，为了在不引入外界能量输入的情况下，缩小升降舵的振动振幅和发生嗡鸣的频率范围，提高升降舵的稳定性保证升降舵的效率。升降舵嗡鸣抑制器组装时，本身结构简单，安装方便，并且采用机械连接，不破坏升降舵的外形与操纵性能，并且在使用维护中也便于拆卸。

本发明的技术方案是：一种基于流固耦合效应的飞机升降舵嗡鸣抑制器，其特征在于：包括底座、锰钢片、粘弹性阻尼条和质量块；所述底座为工字梁结构，包括上、下横梁和竖梁，其上、下横梁分别固定于升降舵蒙皮内侧的上下壁面；

所述锰钢片为矩形结构，其长边的一端通过连接件垂直固定于所述竖梁的侧壁上，另一端固定有所述质量块，能够做上下往复的沉浮运动；所述粘弹性阻尼条粘贴于所述锰钢片的上、下表面。

本发明的进一步技术方案是：所述连接件包括两个L型板，通过螺栓对称固定于所述底座的竖梁侧壁上，并保证其一端面相互平行；将所述锰钢片一端通过螺栓夹装于两个平行端面之间，并通过胶接进一步固定。

本发明的进一步技术方案是：所述锰钢片的长宽比为6:1。

本发明的进一步技术方案是：所述质量块的质量为舵面总质量的5％～10％。

本发明的进一步技术方案是：所述质量块的无量纲频率在0.2～0.46之间。

本发明的进一步技术方案是：所述粘弹性阻尼条的无量纲阻尼系数范围为0.1～0.2。

本发明的进一步技术方案是：所述粘弹性阻尼条为长宽比3:1的橡胶条。

有益效果