基于粒子阻尼的舵片颤振抑制装置、其抑制方法及飞行器制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于粒子阻尼的舵片颤振抑制装置，包括若干粒子阻尼器，所述的粒子阻尼器包括阻尼器壳体及若干阻尼粒子，所述的阻尼器壳体内部设置有若干腔体，所述的阻尼粒子填充在腔体内；所述的舵片内设置有容置槽，阻尼器壳体安装于舵片容置槽内，或者所述的阻尼器壳体与舵片容置槽一体成型。本发明专利技术公开了应用上述舵片颤振抑制装置的飞行器。本发明专利技术还公开了舵片颤振的抑制方法，在舵片上安装基于粒子阻尼的舵片颤振抑制装置，安装过程包括以下步骤：有限元前处理，建立模型，计算阻尼比，确定特征参数，安装粒子阻尼器。本发明专利技术可有效提高舵片结构的颤振抑制能力，提高飞行器的适用性、稳定性以及安全性。

【技术实现步骤摘要】
基于粒子阻尼的舵片颤振抑制装置、其抑制方法及飞行器
本专利技术涉及被动振动控制
，更具体的，涉及一种基于粒子阻尼减振原理的舵片颤振抑制装置，其抑制方法，及应用其的飞行器。
技术介绍
随着科技的不断发展，对飞行器提出了更高的要求，要求具有更轻的结构重量、更好的飞行速度和更大的机动性。而舵片颤振是飞行器设计中必须要考虑的因素，当飞行器的飞行速度超过临界颤振速度时，其振幅和结构内部的气动力都有可能产生剧烈变化。对于颤振的问题，部件颤振是其重要的原因，而舵片是飞行器最重要的组成部分，研究舵片的颤振抑制至关重要。由于舵片颤振造成的飞行器颤振，造成的后果往往是的非常严重甚至说是灾难性的。目前对于舵片的颤振抑制方法，一是通过调整舵片的质量分布，在一定的平衡条件下，使得弯扭耦合程度最低；其次是改变舵面的刚度特性。而以上诉方法对舵片进行调整后，使得飞行器的适用性变差并且稳定性变低。因此如何提供一种抑制舵片颤振的方法，既能使用舵片结构的最优设计，又具备抑制舵片颤振能力，并且能提高飞行器的稳定性，是本领域技术人员亟待解决的一大技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于粒子阻尼的舵片颤振抑制装置、其抑制方法及高速器，以增加舵片的结构阻尼，从而有效提高舵片的颤振抑制能力。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术公开了一种基于粒子阻尼的舵片颤振抑制装置，包括若干粒子阻尼器，所述的粒子阻尼器包括阻尼器壳体及若干阻尼粒子，所述的阻尼器壳体内部设置有若干腔体，所述的阻尼粒子填充在腔体内；舵片内设置有容置槽，所述的阻尼器壳体安装于舵片容置槽内，或者所述的阻尼器壳体与舵片容置槽一体成型。进一步地，所述的舵片边缘分别为前缘、尖弦、后缘及根弦，所述的粒子阻尼器安装于舵片的前缘与尖弦交界位置处。其中，所述的阻尼粒子的静摩擦系数范围为0～1，动摩擦系数范围为0～1，表面恢复系数范围为0～1，泊松比范围为0～1，密度为0.1～30g/cm3，所述的阻尼粒子在腔体内的填充率为5％～100％，阻尼粒子为铁基粒子、铝基粒子、镍基粒子、钨基粒子、铬基粒子、钠基粒子、镁基粒子、锰基粒子、钙基粒子、铜基粒子、锌基粒子、钪基粒子、钛基粒子、玻璃粒子、氧化物陶瓷粒子、碳化物陶瓷粒子、玻璃陶瓷粒子中的一种或几种。其中，所述的阻尼器壳体为柔性材料制成。其中，所述的阻尼器壳体为刚性材料制成，其与舵片容置槽的固定方式为：螺纹连接、键连接、型面连接、胀紧连接、销连接、铆接、焊接、粘接或过盈连接。本专利技术还公开了一种飞行器，包括舵片，所述的舵片上安装有上述基于粒子阻尼的舵片颤振抑制装置。本专利技术还公开了一种舵片颤振的抑制方法，在舵片上安装上述的基于粒子阻尼的舵片颤振抑制装置，安装过程包括以下步骤。S1.采用有限元法对舵片结构进行有限元分析，建立舵片有限元模型，对舵片结构进行模态分析得到舵片的颤振耦合曲线，舵片的颤振耦合曲线包括舵片一阶弯曲节线和舵片二阶扭转节线，至少确定一个发生弯扭模态耦合程度最弱的节线位置为粒子阻尼器在舵片的目标安装位置。S2.建立阻尼粒子接触面的离散元模型，将舵片有限元模型与阻尼粒子的离散元模型进行耦合，得到离散元-有限元耦合模型，根据离散元-有限元耦合模型求解得到阻尼粒子与耦耦合面的接触位置和接触力，并作为载荷的边界条件传递至舵片结构的有限元模型。S3.采用形函数法实现接触力从离散元接触点向有限元单元节点的转换，计算舵片结构的谐响应，得到舵片结构各阶阻尼比。S4.基于舵片结构阻尼比，求解安装粒子阻尼器后舵片的阻尼效应，从而确定阻尼粒子的特征参数。S5.按照确定的阻尼粒子特征参数对粒子阻尼器进行设定，将得到的粒子阻尼器安装于舵片的目标安装位置上。优选地，步骤S3中采用形函数法实现接触力从离散元接触点向有限元单元节点的转换的过程方法为：基于离散元中构成表面的三角形片面与有限元网格存在连接关系，采用离散元软件输出阻尼粒子在三角形边界单元的接触力，在极小的有限元网格且不同于离散元边界网格时，有限元分析的等效集中载荷施加于单元节点上，将阻尼粒子接触点选择为单元节点，采用形函数法将阻尼粒子作用与接触结构上的力转换为每个单元节点的等效节点力。优选地，利用每个单元的等效节点力，作为计算舵片结构谐响应的虚拟载荷，利用半功率带宽法计算舵片结构的各阶阻尼比，步骤S4中通过计算在不同目标位置安装粒子阻尼器时，舵片结构在不同虚拟载荷下的响应曲线求解安装粒子阻尼器后舵片的阻尼效应，确定该结构下提升舵片阻尼效应的阻尼粒子的特征参数。优选地，所述的特征参数包括：粒子材料、目标粒子粒径、目标粒子填充率以及目标粒子密度。确定该结构下提升舵舵片结构阻尼的目标粒子材料、目标粒子粒径、目标粒子填充率以及目标粒子密度的过程为相互独立，互不干扰。在确定上述其中任意一变量后，可在确定的变量基础上，对剩余变量进行确定。由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术所提供的基于粒子阻尼的舵片颤振抑制装置，适用于高速飞行器，使得舵片结构的阻尼比得到有效提高，提高舵片颤振抑制能力，具有稳定性高、性能好且适用于恶劣环境的优点。且由于粒子阻尼器的重量较轻，因此安装粒子阻尼器后，舵片的重量没有太大的改变，使得飞行器的飞行速度和机动性不受影响。2、本专利技术基于舵片的一阶弯曲节线和二阶扭转节线确定粒子阻尼器的目标安装位置，获取粒子阻尼器对应的最佳特征参数，以实现舵片结构的最优设计，又具备抑制舵片颤振能力，使得舵片结构阻尼比大幅度提升，提高了整体的稳定性。附图说明图1是实施例一的示意图。图2是实施例一的粒子阻尼器的安装示意图。图3是实施例二的示意图。图4是实施例三中飞行器的尾翼部分的局部示意图。图5是舵片有限元模型示意图。图6是一阶模态弯曲节线示意图。图7是二阶模态扭转节线示意图。图8是舵面结构阻尼粒子离散元模型示意图。图9是舵片结构谐响应曲线示意图。图10是舵片结构安装粒子阻尼器前后传函幅值曲线示意图。主要组件符号说明：1：舵片，2：粒子阻尼器，3：阻尼器壳体，4：阻尼粒子，5：容置槽，6：前缘，7：尖弦，8：后缘，9：根弦，10：螺栓，11：减重槽。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述。实施例一如图1～2所示，本实施例公开了基于粒子阻尼的舵片颤振抑制装置，包括若干粒子阻尼器2，其安装于舵片1上，舵片1包括舵片主体及盖板(图中未示出)，舵片1的形状可以为方形、圆形或者多边形等。如本实施例图中安装有四个粒子阻尼器2。粒子阻尼器2包括阻尼器壳体3及若干阻尼粒子4，阻尼器壳体3内部设置有腔体，阻尼粒子4填充在腔体内。舵片本体上设置有容置槽5，阻尼器壳体3安装于容置槽5上。阻尼器壳体3可为刚性材料或柔性材料制成：如采用薄钢焊接成的框架，或者制成柔性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于粒子阻尼的舵片颤振抑制装置，其特征在于：包括若干粒子阻尼器，所述的粒子阻尼器包括阻尼器壳体及若干阻尼粒子，所述的阻尼器壳体内部设置有若干腔体，所述的阻尼粒子填充在腔体内；所述的舵片内设置有容置槽，所述的阻尼器壳体安装于舵片容置槽内，或者所述的阻尼器壳体与舵片容置槽一体成型。/n

【技术特征摘要】
1.基于粒子阻尼的舵片颤振抑制装置，其特征在于：包括若干粒子阻尼器，所述的粒子阻尼器包括阻尼器壳体及若干阻尼粒子，所述的阻尼器壳体内部设置有若干腔体，所述的阻尼粒子填充在腔体内；所述的舵片内设置有容置槽，所述的阻尼器壳体安装于舵片容置槽内，或者所述的阻尼器壳体与舵片容置槽一体成型。


2.如权利要求1所述的基于粒子阻尼的舵片颤振抑制装置，其特征在于：所述的舵片边缘分别为前缘、尖弦、后缘及根弦，所述的粒子阻尼器安装于舵片的前缘与尖弦交界位置处。


3.如权利要求1所述的基于粒子阻尼的舵片颤振抑制装置，其特征在于：所述的阻尼粒子的静摩擦系数范围为0～1，动摩擦系数范围为0～1，表面恢复系数范围为0～1，泊松比范围为0～1，密度为0.1～30g/cm3，所述的阻尼粒子在腔体内的填充率为5％～100％，阻尼粒子为铁基粒子、铝基粒子、镍基粒子、钨基粒子、铬基粒子、钠基粒子、镁基粒子、锰基粒子、钙基粒子、铜基粒子、锌基粒子、钪基粒子、钛基粒子、玻璃粒子、氧化物陶瓷粒子、碳化物陶瓷粒子、玻璃陶瓷粒子中的一种或几种。


4.如权利要求1所述的基于粒子阻尼的舵片颤振抑制装置，其特征在于：所述的阻尼器壳体为柔性材料制成。


5.如权利要求1所述的基于粒子阻尼的舵片颤振抑制装置，其特征在于：所述的阻尼器壳体为刚性材料制成，其与舵片容置槽的固定方式为螺纹连接、键连接、型面连接、胀紧连接、销连接、铆接、焊接、粘接或过盈连接。


6.一种飞行器，其特征在于：包括舵片，所述的舵片上安装有权利要求1-5任一项所述的基于粒子阻尼的舵片颤振抑制装置。


7.一种舵片颤振的抑制方法，其特征在于：在舵片上安装权利要求1-5任一项所述的基于粒子阻尼的舵片颤振抑制装置，安装过程包括以下步骤，
S1.采用有限元法对舵片结构进行有限元分析，建立舵片有限元模型，对舵片结构进行模态分析得到舵片的颤振耦合曲线，舵片的颤振耦合曲线包括舵片一阶弯曲节线和舵片二阶扭转节线，至少确定一个发生弯扭模态耦合程度最弱的节线位置为粒子阻尼器在舵片的目标安装位置；
S2.建立阻尼粒子接触面的离散元模型，将舵片有限元模型与阻尼粒子的离散元模型进行耦合，得到离散元-有限元耦合模型，根据离散元-有限元耦合模型求解得到阻尼粒子与耦耦合面的接触位置和接触力，并作为载荷的边界条件传递至舵片结构的有限元模型；
S3.采用形函数法实现接触力从离散元接触点向有限元单元节点的转换，计算舵片结构的谐响应，得到舵片结构各阶阻尼比；
S4.基于舵片结构阻尼比，求解安装粒子阻尼器后舵片的阻尼效应，从而确定阻尼粒子的特征参数；
S5.按照确定的阻尼粒子特征参数对粒子阻尼器进行设定，将得到的粒子阻尼器安装于舵片的目标安装位置上。


8.如权利要求7所述的舵片颤振的...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖望强，罗元易，
申请(专利权)人：厦门振为科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35