基于MSC.Nastran的导弹舵面颤振分析与优化

    沈颖+张鹏+寇艳丽+杨硕

    摘要：利用MSC.Nastran中气弹分析软件建立了导弹舵面及弹身的颤振动力学有限元模型和气动模型，对不同支撑刚度、不同舵面重心状态的舵面进行了颤振特性分析，发现支撑刚度和舵面重心变化会使舵面的模态发生较明显的变化，从而对导弹舵面颤振临界速度产生较大影响，并可通过提高舵面扭转支撑刚度和调整舵面质量分布两项措施优化，满足导弹舵面工程研制时的颤振要求。

    关键词：导弹舵面；颤振分析；有限元模型

    中图分类号：TJ765；TJ011.+3文献标识码：A文章编号：1673-5048（2014）05-0019-04

    0 引言

    飞行器在空气动力作用下会产生变形和弹性振动运动，进而会引起附加的气动力，而附加气动力又使结构产生附加的变形和运动。颤振是由空气动力所引起的振动[1]，其本质是气动弹性动不稳定现象，当升力面具有两个以上的自由度，在一定的临界速度（或动压）及相位关系下，可能发生耦合的等幅简谐振动。当速度超过临界值后，任一微小扰动均将引起发散性振动，直至破坏[2]。

    飞行器在飞行中由于颤振造成失效或损坏是常见事故之一。对于空空导弹来说，随飞机速度的提高和减轻结构重量要求的增加，导弹刚度裕度必将下降，导弹颤振已成为战术导弹强刚度必需解决的关键技术之一[3]。MSC.Nastran中气弹分析模块MSC.FLD提供亚音速升力面理论（偶极子网格法）、超音速升力面理论（Zona51）、马赫数盒子法、活塞理论、片条理论等五种颤振分析的非定常气动力计算方法，可用于飞行器亚音速或超音速飞行的颤振计算。

    导弹舵面颤振分析需要考虑舵面本身以及弹身引起的舵面振动的颤振特性，需要建立舵面和弹身结构的有限元模型。采用MSC.FLD完成结构动力学有限元模型和非定常气动力模型的建立，然后使用MSC.Nastran进行模态分析和颤振特性计算，通过舵面支撑刚度和舵面质量分布的优化，使导弹舵面颤振速度满足颤振包线要求。

    摘要：利用MSC.Nastran中气弹分析软件建立了导弹舵面及弹身的颤振动力学有限元模型和气动模型，对不同支撑刚度、不同舵面重心状态的舵面进行了颤振特性分析，发现支撑刚度和舵面重心变化会使舵面的模态发生较明显的变化，从而对导弹舵面颤振临界速度产生较大影响，并可通过提高舵面扭转支撑刚度和调整舵面质量分布两项措施优化，满足导弹舵面工程研制时的颤振要求。

    关键词：导弹舵面；颤振分析；有限元模型

    中图分类号：TJ765；TJ011.+3文献标识码：A文章编号：1673-5048（2014）05-0019-04

    0 引言

    飞行器在空气动力作用下会产生变形和弹性振动运动，进而会引起附加的气动力，而附加气动力又使结构产生附加的变形和运动。颤振是由空气动力所引起的振动[1]，其本质是气动弹性动不稳定现象，当升力面具有两个以上的自由度，在一定的临界速度（或动压）及相位关系下，可能发生耦合的等幅简谐振动。当速度超过临界值后，任一微小扰动均将引起发散性振动，直至破坏[2]。

    飞行器在飞行中由于颤振造成失效或损坏是常见事故之一。对于空空导弹来说，随飞机速度的提高和减轻结构重量要求的增加，导弹刚度裕度必将下降，导弹颤振已成为战术导弹强刚度必需解决的关键技术之一[3]。MSC.Nastran中气弹分析模块MSC.FLD提供亚音速升力面理论（偶极子网格法）、超音速升力面理论（Zona51）、马赫数盒子法、活塞理论、片条理论等五种颤振分析的非定常气动力计算方法，可用于飞行器亚音速或超音速飞行的颤振计算。

    导弹舵面颤振分析需要考虑舵面本身以及弹身引起的舵面振动的颤振特性，需要建立舵面和弹身结构的有限元模型。采用MSC.FLD完成结构动力学有限元模型和非定常气动力模型的建立，然后使用MSC.Nastran进行模态分析和颤振特性计算，通过舵面支撑刚度和舵面质量分布的优化，使导弹舵面颤振速度满足颤振包线要求。

    摘要：利用MSC.Nastran中气弹分析软件建立了导弹舵面及弹身的颤振动力学有限元模型和气动模型，对不同支撑刚度、不同舵面重心状态的舵面进行了颤振特性分析，发现支撑刚度和舵面重心变化会使舵面的模态发生较明显的变化，从而对导弹舵面颤振临界速度产生较大影响，并可通过提高舵面扭转支撑刚度和调整舵面质量分布两项措施优化，满足导弹舵面工程研制时的颤振要求。

    关键词：导弹舵面；颤振分析；有限元模型

    中图分类号：TJ765；TJ011.+3文献标识码：A文章编号：1673-5048（2014）05-0019-04

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    飞行器在空气动力作用下会产生变形和弹性振动运动，进而会引起附加的气动力，而附加气动力又使结构产生附加的变形和运动。颤振是由空气动力所引起的振动[1]，其本质是气动弹性动不稳定现象，当升力面具有两个以上的自由度，在一定的临界速度（或动压）及相位关系下，可能发生耦合的等幅简谐振动。当速度超过临界值后，任一微小扰动均将引起发散性振动，直至破坏[2]。

    飞行器在飞行中由于颤振造成失效或损坏是常见事故之一。对于空空导弹来说，随飞机速度的提高和减轻结构重量要求的增加，导弹刚度裕度必将下降，导弹颤振已成为战术导弹强刚度必需解决的关键技术之一[3]。MSC.Nastran中气弹分析模块MSC.FLD提供亚音速升力面理论（偶极子网格法）、超音速升力面理论（Zona51）、马赫数盒子法、活塞理论、片条理论等五种颤振分析的非定常气动力计算方法，可用于飞行器亚音速或超音速飞行的颤振计算。

    导弹舵面颤振分析需要考虑舵面本身以及弹身引起的舵面振动的颤振特性，需要建立舵面和弹身结构的有限元模型。采用MSC.FLD完成结构动力学有限元模型和非定常气动力模型的建立，然后使用MSC.Nastran进行模态分析和颤振特性计算，通过舵面支撑刚度和舵面质量分布的优化，使导弹舵面颤振速度满足颤振包线要求。