飞行器气动弹性力学_2009版_

目录
前 言..................................................................................................................................................I 目 录.................................................................................................................................................. i 第一章 绪论................................................................................................................................ - 1 第二章 二元机翼的气动弹性静力学问题 ................................................................................ - 4 -
第四章介绍颤振的基本概念和机理，包括经典弯扭耦合型颤振的机理、机翼弯曲/副翼偏 转型颤振的机理、频率重合理论以及设计参数对颤振的定性影响；
第五章介绍二元机翼颤振分析的基本方法，包括不可压缩气流中振动二元机翼的准定常 气动力和非定常气动力计算方法、颤振方程求解方法。着重介绍西奥道生理论和减缩频率的 概念以及求解颤振临界速度的V－g法和p-k法的基本原理与步骤；
§2.1 引言............................................................................................................................... - 4 §2.2 二元机翼的扭转发散问题 ........................................................................................... - 4 §2.3 二元机翼的操纵面效率与操纵反效问题 ................................................................. - 12 第三章 三元机翼的气动弹性静力学问题 .............................................................................. - 19 §3.1 引言............................................................................................................................. - 19 §3.2 空气动力影响系数矩阵的计算 ................................................................................. - 20 §3.3 机翼柔度影响系数矩阵的计算 ................................................................................. - 26 §3.4 三元机翼的气动载荷重新分布与扭转发散 ........................................................... - 30 第四章 颤振的基本概念和机理 .............................................................................................. - 36 §4.1 引言............................................................................................................................. - 36 §4.2 颤振产生的机理 ......................................................................................................... - 37 §4.3 颤振分析的频率重合理论 ......................................................................................... - 40 §4.4 设计参数对颤振速度的影响 ..................................................................................... - 44 第五章 二元机翼的颤振分析 .................................................................................................. - 48 §5.1 引言............................................................................................................................. - 48 §5.2 不可压缩气流中振动二元机翼的气动力计算 ......................................................... - 48 §5.3 应用准定常气动力求解二元机翼的颤振 ................................................................. - 57 §5.4 应用非定常气动力理论求解二元机翼颤振 ............................................................. - 63 §5.5 考虑压缩性效应的颤振计算 ..................................................................................... - 74 第六章 三元机翼的颤振计算 ................................................................................................ - 77 §6.1 引言............................................................................................................................. - 77 §6.2 长直机翼的颤振计算 ................................................................................................. - 77 §6.3 小展弦比机翼的颤振计算 ......................................................................................... - 78 §6.4 三元机翼的广义气动力计算 ..................................................................................... - 80 §6.5 用活塞理论计算机翼颤振临界速度 ......................................................................... - 82 第七章 操纵面颤振分析 .......................................................................................................... - 88 §7.1 各种涉及操纵面的颤振型态 ..................................................................................... - 88 §7.2 操纵面的质量平衡概念 ............................................................................................. - 88 §7.3 消除操纵面颤振的质量平衡设计 ............................................................................. - 91 第八章 防颤振设计的一般步骤及强度规范 .......................................................................... - 95 -
由此可见，作为飞行器设计与工程专业的学生，学习飞行器气动弹性力学的基本原理和 方法，对于今后从事飞行器设计或其它相关工程结构的设计工作大有裨益。作为一门专业选 修课程，为了在有限的时间里，使读者了解飞行器气动弹性力学的主要研究内容、原理、方 法以及它在飞行器（飞机）设计工程中的一些具体应用，我们编写了《飞行器气动弹性力学》 这本讲义。讲义中涉及的内容都是飞行器气动弹性力学研究中一些基础的问题，而作为一门 工程性很强的学科，在进行实际飞行器的气动弹性特性分析时，还需要结合飞行器气动弹性 工程分析经验和相关学科的知识，综合运用飞行器气动弹性力学的基础理论，才能解决飞行 器气动弹性设计中的具体问题，这也是我们编写这本讲义的根本目的。
飞行器气动弹性力学
（2009版）
杨智春 赵令诚 编著
西北工业大学航空学院 2009年7月
前言
飞行器气动弹性力学是飞行器设计工程领域中的一门交叉学科，它研究的对象是作用在 飞行器升力面上的气动力、飞行器结构的弹性力和惯性力三者之间相互作用的关系以及对飞 行器设计的影响。
在以飞机为代表的飞行器设计工程中，气动弹性力学占据着重要的地位。从总体设计开 始，到原型机通过定型，其整个设计过程中的每一个环节都要进行飞行器气动弹性特性的理 论计算和实验研究。尤其是对于新型号飞行器的研制，气动弹性特性更是制约飞行器性能的 一个重要环节。
随着飞行器速度的不断提高和飞行器结构重量及刚度的不断减小，飞行器气动弹性问题 在飞行器设计中也越来越突出。特别是近年来，我国航空航天事业的蓬勃发展，飞行器设计 中的气动弹性问题得到了前所未有的重视，极大地推动了我国飞行器气动弹性力学的研究和 发展，也对飞行器气动弹性力学的研究提出了新的课题和新的要求。飞行器气动弹性力学经 过半个多世纪的发展，形成了飞行器设计工程中一门既系统完整又不断发展的学科，它不仅 在飞行器设计领域不断推出新的研究方向，而且其基本原理和基本理论也已经被拓展应用到 土木工程、电力工程等民用工程的相关问题研究中，如在大风地区的高层建筑、大跨度桥梁、 冷却塔、输电缆的设计等，都必须考虑气动弹性问题。
正如一位世界著名的气动弹性力学专家所说那样——“气动弹性力学是科学与艺术的结 合”。我们可以这样理解：飞行器气动弹性力学问题的研究需要综合运用其基础理论（科学）， 结合具体飞行器设计工程中的实践经验（艺术），才能得到飞行器最佳的气动弹性设计方案。
由于课时限制，本讲义仅仅涉及飞行器气动弹性分析与设计中一些基本的概念、原理、 方法及技术。共由十章组成，前六章介绍飞行器气动弹性力学的基本概念原理和计算方法， 后四章着重介绍飞行器气动弹性设计的一个重要内容——颤振设计的工程应用中的一些具体 问题以及一些特殊的气动弹性问题。
第一章简要介绍飞行器气动弹性力学概念、研究的内容和研究方法的特点以及气动弹性
力学的发展历史； 第二章介绍二元机翼的气动弹性静力学问题，包括二元机翼的载荷纵反效问题； 第三章介绍三元机翼的气动弹性静力学问题，包括三元机翼的定常气动力影响系数矩阵
计算、三元机翼的柔度影响系数矩阵计算、三元机翼的载荷重新分布与扭转发散、三元机翼 的副翼操纵效率和副翼操纵反效问题；
第六章介绍三元机翼颤振的计算方法并简要介绍了简谐振动机翼的非定常气动力计算方 法以及超声速气动力计算的活塞理论；
第七章介绍飞机操纵面颤振设计和分析中的问题，主要包括运用质量平衡概念，采用配 重设计来消除操纵面颤振的原理和方法，以及一些具体的设计实例；
第八章介绍飞机设计工程中防颤振设计的一般步骤和飞机强度规范中有关防颤振设计的 相关条款；
第九章简要介绍带外挂物机翼的颤振、全动尾面的颤振、T型尾翼的颤振、操纵面嗡鸣和 失速颤振等非经典颤振问题以及抖振问题；
第十章简要介绍飞机防颤振设计中的相关试验工作，包括飞机全机地面振动试验、低速 和高速风洞的颤振模型试验及飞机的飞行颤振试验。
第十一章简要介绍气动伺服弹性力学的相关概念和气动伺服弹性稳定性分析的频域分析 方法和时域分析方法。