CN113465874A - 一种基于纤维材料的颤振模型防护结构 - Google Patents

Abstract

本申请属于气动弹性模型设计领域，特别涉及一种基于纤维材料的颤振模型防护结构。包括：颤振模型以及防护件。所述颤振模型包括金属结构以及非金属结构；所述防护件为纤维或纤维束材料，所述防护件通过缠绕和/或绳结的方式将所述颤振模型的金属结构连接，并且所述防护件在所述颤振模型振动时不会张紧。本申请的基于纤维材料的颤振模型防护结构，选用高强度、高柔韧性、低密度的纤维或纤维束材料作为防护件，针对颤振模型的金属结构采用松缠绕以及绳结的方式进行连接，并配合脱模剂避免与其他结构粘连，在模型设计与加工时对需要采取防护结构的部位进行设计。本申请能够对颤振模型风洞试验破坏造成的次生破坏进行有效防护。

Description

一种基于纤维材料的颤振模型防护结构

技术领域

本申请属于气动弹性模型设计领域，特别涉及一种基于纤维材料的颤振模型防护结构。

背景技术

飞行器在设计研发阶段会开展多项颤振风洞试验，试验采用依据相似比缩比得到的颤振模型。颤振试验的特点之一为在风速达到颤振点时，模型会发生显著结构振动，对于突发型颤振，模型振动发散快，随时间推进振动幅值迅速增加，如不能及时得到改善最终将发生结构破坏。这种结构破坏在颤振试验中时有发生，破碎的结构对风洞内壁和气流下游机构都存在造成二次破坏的风险。

目前，颤振领域从业者为避免该损失采用过多种防护装置，主要有模型防护系统、舵面止动机构。模型防护系统作用于模型之外，通过在颤振点对模型实施人为干预导致模型刚度的突变从而改出颤振状态以达到防止破坏及次生破坏的发生。舵面止动机构作用于活动舵面，通过在颤振点增加舵面刚度使舵面参与的颤振形式发生变化从而防止振动过于剧烈造成模型的破坏。当模型不可避免的发生破坏后，模型的金属部分在气流的作用下获得一定速度，当与洞壁或气流下游机构发生碰撞时会对碰撞结构造成损伤。此前并未有相关方法针对不可避免的破坏情况对次生破坏进行防护。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种基于纤维材料的颤振模型防护结构，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种基于纤维材料的颤振模型防护结构，包括：

颤振模型，所述颤振模型包括金属结构以及非金属结构；

防护件，所述防护件为纤维或纤维束材料，所述防护件通过缠绕和/或绳结的方式将所述颤振模型的金属结构连接，并且所述防护件在所述颤振模型振动时不会张紧。

在本申请的至少一个实施例中，所述金属结构包括金属梁架、配重物以及金属连接件。

在本申请的至少一个实施例中，所述非金属结构包括泡沫填充物、木框、复合材料蒙皮以及纸质蒙皮。

在本申请的至少一个实施例中，所述防护件为尼龙纤维束。

在本申请的至少一个实施例中，所述防护件表面涂有脱模剂。

在本申请的至少一个实施例中，所述颤振模型还包括整流罩以及根部支持结构，所述防护件将所述颤振模型的金属结构与所述颤振模型的整流罩和/或根部支持结构连接。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的基于纤维材料的颤振模型防护结构，采用高强度、低密度、高柔韧性纤维或纤维束材料的防护件通过缠绕以及绳结的方式对颤振模型风洞试验破坏造成的次生破坏进行防护。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的颤振模型的金属结构示意图；

图2是本申请一个实施方式的基于纤维材料的颤振模型防护结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图2对本申请做进一步详细说明。

颤振模型在风洞试验中的破坏在许多试验情况下是无法避免的，一旦发生破坏会存在对风洞结构造成次生损伤的风险，且已经发生过并且造成高昂的经济损失。由于风洞试验对流场的要求限制了在模型外部进行次生危害防护的设计，对于模型本身出于相似性要求模型刚度、重量都有严格要求，这一要求也限制了次生危害防护设计。

本申请提供了一种基于纤维材料的颤振模型防护结构，包括：颤振模型以及防护件。

具体的，颤振模型包括金属结构以及非金属结构；防护件为纤维或纤维束材料，防护件通过缠绕和/或绳结的方式将颤振模型的金属结构连接，并且保证防护件在颤振模型振动时不会张紧。

在本申请的优选实施例中，颤振模型结构中金属结构部分如下图1所示，颤振模型中的金属结构可分为三部分：金属梁架、配重物、金属连接件，其中，发生破坏时绝大多数破坏位置为梁架结构和配重物，为此以梁架结构和配重物作为防护设计关键部位。

在本申请的优选实施例中，选用高强度、高柔韧性、低密度的纤维或纤维束材料，例如，本实施例中防护件采用尼龙纤维束，高强度可以实现在模型破坏后纤维不断裂实现破碎的金属结构不会飞出，低密度是避免防护措施的使用对模型相似性产生影响，高柔韧性是为实现缠绕和绳结。

本申请的基于纤维材料的颤振模型防护结构，颤振模型结构除金属结构还会涉及泡沫填充物、木框、复合材料蒙皮、纸质蒙皮等非金属结构，由于上述材料自身属性原因其一般不会造成次生破坏，所以本申请中优选仅针对金属结构进行防护。

本申请的基于纤维材料的颤振模型防护结构，通过纤维或纤维束材料的防护件进行缠绕以及绳结方式如图2所示。在结构发生破坏后，受到纤维的拉拽金属碎片不会造成飞溅，从而防止次生破坏的发生，对于需要与其他结构实施胶接的部位，优选通过在纤维或纤维束材料的防护件表面涂脱模剂，避免与其他结构粘接在一起，该方式能有效防止在结构破坏时破坏纤维或纤维束，且由于选用纤维或纤维束材料，其直径相对较小不影响结构胶接面，采用松缠绕是避免纤维刚度对模型相似性产生影响。

在本申请的优选实施例中，颤振模型还包括整流罩以及根部支持结构，防护件将颤振模型的金属结构与颤振模型的整流罩和/或根部支持结构连接。

本申请的基于纤维材料的颤振模型防护结构，由于风洞试验流场限制，防护措施需内埋在模型结构内部，所以本申请的防护结构需要在模型设计、加工过程中进行实施，在梁架、配重设计期间考虑关键部位用于布置绳结与缠绕方案，在模型配重阶段按设计路线进行纤维走线和缠绕。

本申请的基于纤维材料的颤振模型防护结构，在颤振模型设计完成后会进行刚度校核，刚度校核获得模型梁架应力较大部位，即破坏容易发生的部位。针对这些部位选用高强度、低密度、高柔韧性的纤维或纤维束的防护件(例如尼龙纤维束、丝弦)通过缠绕和/或绳结的方式将这些位置的金属结构与模型整流罩和/或根部支持结构进行连接，在此过程中对用于配重的金属物也同样实施缠绕和/或绳结连接，防护件表面涂抹脱模剂，缠绕过程保证纤维在模型振动时不会张紧，完成此工序后进行后续工序。

本申请的基于纤维材料的颤振模型防护结构，选用高强度、高柔韧性、低密度的纤维或纤维束材料作为防护件，针对颤振模型的金属结构采用松缠绕以及绳结的方式进行连接，并配合脱模剂避免与其他结构粘连，在模型设计与加工时对需要采取防护结构的部位进行设计。本申请能够对颤振模型风洞试验破坏造成的次生破坏进行有效防护。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于纤维材料的颤振模型防护结构，其特征在于，包括：

颤振模型，所述颤振模型包括金属结构以及非金属结构；

防护件，所述防护件为纤维或纤维束材料，所述防护件通过缠绕和/或绳结的方式将所述颤振模型的金属结构连接，并且所述防护件在所述颤振模型振动时不会张紧。

2.根据权利要求1所述的基于纤维材料的颤振模型防护结构，其特征在于，所述金属结构包括金属梁架、配重物以及金属连接件。

3.根据权利要求1所述的基于纤维材料的颤振模型防护结构，其特征在于，所述非金属结构包括泡沫填充物、木框、复合材料蒙皮以及纸质蒙皮。

4.根据权利要求1所述的基于纤维材料的颤振模型防护结构，其特征在于，所述防护件为尼龙纤维束。

5.根据权利要求4所述的基于纤维材料的颤振模型防护结构，其特征在于，所述防护件表面涂有脱模剂。

6.根据权利要求1所述的基于纤维材料的颤振模型防护结构，其特征在于，所述颤振模型还包括整流罩以及根部支持结构，所述防护件将所述颤振模型的金属结构与所述颤振模型的整流罩和/或根部支持结构连接。

Images