气动弹性作为大型飞机的弹性变形因素,对飞机飞行过程中的结构存在较大影响。空气动力作用下飞机会产生相应弹性形变,这之后弹性形变又会影响周围的空气动力,飞机周围空气动力又会继续影响飞机的弹性形变。针对这种大型飞机飞行中的气动弹性,主要从飞机设计方面,进行飞机翼面刚度、结构动力学、跨声速振颤、气动伺服等技术研究,以在保证大型飞机稳定飞行的同时,减少飞机的气动弹性干扰与安全隐患。

机翼在后缘操纵面带有大偏角时会发生一定程度的气流分离。采用计算流体力学方法计算大偏角操纵面上的气动力,并以此对采用偶极子格网法得到的气动力进行修正,进而进行机翼颤振分析。算例结果显示,气动力修正并不改变操纵面颤振模态的耦合类型,主导颤振的模态仍为机翼一弯和外段操纵面旋转;考虑操纵面偏转情况下的气动力修正后,计算得到的颤振速度比气动力未修正的结果高。

介绍了一种地面电磁干风洞的实验方法,可以利用电磁场和安培力实现气动力的模拟,在不接触模型的条件下对模型进行静态和动态加载。这在一些非气动力因素起主导作用的多学科动力学过程的研究中具有重要意义。为了验证实验技术的有效性,进行了一系列的验证试验,给出了静载荷试验和动态准模态试验的结果,证明了实验技术的可行性和有效性。试验结果与经典有限元仿真计算结果基本一致,研究表明,电磁干风洞装置可以准确地进行加载,取得合理的试验结果。

研究气动弹性问题的主要手段有数值计算、风洞试验和飞行试验三种,气动弹性风洞试验具有可靠性高(相比数值计算)和代价低(相比飞行试验)等优势,已成为航空航天飞行器气动弹性性能评估和校核的重要手段。以亚声速和跨声速气动弹性风洞试验技术为主,分别从静气动弹性、颤振和阵风试验三个角度,阐述了国内外在模型设计、数据采集处理、模型支撑、阵风发生装置、阵风载荷减缓等方面开展的主要研究工作,总结了气动弹性风洞试验在飞行器研制中的重要意义,并对我国未来气动弹性试验能力的发展提出几点建议。

围绕无人机静气动弹性、柔性无人机的气动弹性分析、气动弹性非线性和气动弹性主动控制几个方面对无人机气动弹性研究现状做了分析总结,阐述了气动弹性学科分类和相应特点。

针对民机气动弹性问题,进行概念设计阶段的气动弹性优化设计,尽量避免因气动弹性导致后续的设计更改甚至重新设计.以某大展弦比机翼为例,参照同类飞机初步确定结构刚度分布,并以结构重量最小化为优化目标,以颤振速度、最大变形、最大应力、发散速度的限制为约束条件,利用优化迭代方法进行气动弹性求解.结果表明,在给定的约束条件下,机翼的颤振速度满足气动弹性稳定性要求,且强度、刚度和静发散特性也都满足设计要求;同时,根据优化求解结果得到了机翼的刚度分布指标.研究结果为民机概念设计阶段的结构布局提供了依据.

高精度可变形机翼气动弹性分析通常采用计算流体力学(CFD)方法计算非定常气动力,然而CFD计算量大、耗时多,不便于开展气动弹性分析。本文提出一种基于气动力降阶模型的柔性后缘可变形机翼气动弹性分析方法,在保证计算精度的同时,大幅提高气动弹性分析效率。基于带外输入的自回归气动降阶分析方法建立柔性后缘可变形机翼气动力状态空间模型,与结构状态空间模型相耦合,得到整个柔性后缘可变形机翼气动弹性系统的状态空间模型,用于计算柔性后缘可变形机翼的颤振特性和阵风响应。研究结果表明,随着后缘偏角的增大,颤振马赫数相比无偏角情况有一定的提高。

地面颤振模拟试验是一种颤振验证的全新试验技术,可作为当前颤振验证试验手段的有效补充。飞行器在实际飞行过程中,结构的动力学特性及承受的载荷是不断变化的,对于受气动加热影响的高超声速飞行器,这一时变特性则更加显著。本研究提出了基于代理模型的时变参数非定常气动力模型建模方法,建立了基于PID控制器的时变系统地面颤振试验方法,并通过标准试验件进行测试验证。试验结果表明,本研究提出的非定常气动力建模方法能够准确获得具有时变特性的气动力模型,建立的地面颤振试验方法能够有效应对颤振系统的时变特性获得准确的结构颤振边界数据。

叶轮机械颤振是航空发动机、燃气轮机安全运行的重要威胁,一旦出现将严重影响设备的安全性并降低使用寿命。但颤振发生机理复杂,影响气弹稳定性参数多,流动结构和关键参数相互耦合,因此颤振一直是叶轮机械的研究难点。本文从颤振发生机理的角度,重点综述了近十年来关于颤振发生机理的新发现和新进展,其中包括流动结构、振动模态以及声波传播与反射等方面。在此基础上,结合工程实际简要总结了颤振抑制方法,以及不同方法的应用可行性。最后结合作者的思考,提出了叶轮机械颤振研究的重点方向。

基于Generalized-α算法，推导得出了基于co-rotational（共旋）有限元格式的三角形平板壳结构非线性动力学近似能量守恒算法，该算法在每个时间步长内使用动力学平衡方程预估-校正迭代方法来保证算法的稳定性。结合计算流体力学方法（CFD）和松耦合求解策略发展了薄壳结构非线性气动弹性求解方法。采用本文所述方法，针对Prandtl平板连接翼结构，对其在两种不同飞行条件下的瞬态响应进行了仿真。当攻角为正且动压较大时，连接翼的响应出现了三个振动平衡位置，并且达到静气动弹性平衡时其变形为弦向低头展向向下弯曲;当攻角为正且动压较小时，连接翼的振动响应只出现了一个平衡位置，且其静气动弹性变形构型为弦向低头展向向上弯曲。仿真结果表明，连接翼结构的气动弹性响应较一般单翼更为复杂，因此，在结构设计过程中需要采用高保真度