斜掠气梁充气翼湿模态分析与试验

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27098

Abstract

Abstract:

Based on the idea of aeroelastic tailoring， a new type of inflatable wings with swept air-beams is designed by deflecting the air beam inside the inflatable wing along the spanwise direction. The wet mode concerning the influence of ambient air is necessary for the research on the dynamic characteristics of inflatable wings， and a method named added mass-stiffness method considering the added mass and stiffness contribution of air is proposed to rapidly model and precisely analyze the wet mode of flexible inflatable structures. The proposed method is verified by an inflatable tube example， and applied to the traditional baffled inflatable wings and the new type with swept air-beams. The comparison between the simulation and Ground Vibration Test （GVT） results shows that the simulation results of three inflatable wings are in good agreement with the test results. The natural frequencies of the inflatable wings are on the rise with the increasing internal pressure， and for the new type of inflatable wings with swept air-beams， the natural frequency ratio of Mode 1 and Mode 2 is lower than that of the traditional baffled type， while the chordwise bending mode is also eliminated， which is valuable for improving the aeroelasticity of inflatable wings.

Key words: inflatable wings, dynamic characteristic, wet mode, added mass-stiffness method, ground vibration test

CLC Number:

V216.2⁺1

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Figures/Tables 24

Fig. 1

Fig. 2

Table 1

Fig. 3

Fig. 4

Table 2

Mechanical parameters of inflatable membrane

杨氏模量/MPa	泊松比	密度/（ $k g ⋅ m - 3$ ）	厚度/mm
310	0.38	1 211.1	0.2

Table 2

Fig. 5

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

Fig. 10

Fig. 11

Fig. 12

Fig. 13

Fig. 14

Fig. 15

Fig. 16

Fig. 17

Fig. 18

Fig. 19

Fig. 20

Fig. 21

Table 3

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方法	阶数	固有频率/Hz			平均误差/%
方法	阶数	内压/3 kPa	内压/4 kPa	内压/5 kPa	平均误差/%
试验结果	第1阶	7.3	7.5	7.6
试验结果	第2阶	37.4	37.5	37.5
干模态	第1阶	10.4	10.6	10.9	42.4
干模态	第2阶	46.4	46.5	46.5	24.0
流固耦合法	第1阶	7.8	8.1	8.3	8.0
流固耦合法	第2阶	37.9	37.9	38.0	1.2
附加质量法	第1阶	7.8	7.8	7.8	4.2
附加质量法	第2阶	39.1	39.2	39.2	4.5
附加质量-刚度法	第1阶	7.7	7.7	7.7	3.2
附加质量-刚度法	第2阶	37.1	37.2	37.2	0.8

类别		阶数
类别		第1阶	第2阶	第3阶	第4阶	第5阶	平均误差/%
传统直梁式充气翼固有频率/Hz	试验	10.3	27.1	63.9	71.4	83.8
	仿真	9.1	29.5	51.7	72.8	83.7
	相对误差/%	11.7	8.9	19.1	2.0	0.1	8.4
前掠气梁充气翼固有频率/Hz	试验	8.2	25.9	51.0	73.0
	仿真	8.2	23.7	57.0	72.3
	相对误差/%	0	8.5	11.8	1.0		5.3
后掠气梁充气翼固有频率/Hz	试验	7.9	27.0	53.2	73.9
	仿真	8.6	23.8	46.9	66.6
	相对误差/%	8.9	11.9	11.8	9.9		10.6

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Wet modal analysis and tests for inflatable wing with swept air-beams

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