氣動彈性設計基礎

前言

氣動彈性力學所研究的各類問題，不外乎起因于空氣動力、彈性力及慣性力之間的相互作用。作為設計學科，學習它不僅要掌握各種氣動彈性現象的機理，更為重要的是把它的基本原理應用到飛行器設計上，并作為一種設計準則、規(guī)范和指導思想?；谏鲜鏊枷氲闹笇?，本書旨在為高等院校航空專業(yè)的本科生，提供一本基本理論與分析方法并重的教科書，以適應我國航空工業(yè)不斷發(fā)展的需要。本書也可作為相關專業(yè)研究生的參考書，并可供航空航天、兵器、建筑及橋梁等工業(yè)部門的設計人員參考。本書從穩(wěn)定性問題出發(fā)，介紹了氣動彈性設計的兩個重要組成部分，即氣動彈性靜力問題和氣動彈性動力問題，同時也概要地介紹了氣動伺服彈性穩(wěn)定性問題的基本概念、原理、基本方程和分析方法。在第2版中，突出了氣動彈性穩(wěn)定性的內容，精簡了一些與穩(wěn)定性無關的內容，增加了顫振分析的內容。在氣動彈性動力問題中，顫振無疑是最為設計者關注的。這就促使防止顫振成為重要的研究課題，由此構成了飛行器設計的重要內容之一。本書結合工程設計實際，概括地敘述了相關防顫振設計的內容，結合我國制定的《飛機結構強度規(guī)范》中有關顫振的內容，對防止顫振的要求、實施步驟等都作了一些討論。氣動彈性試驗是氣動彈性學科的重要組成部分，它和氣動彈性的理論研究幾乎是同步開始的。其中的一些試驗項目是為了取得計算分析的原始數據，如飛行器結構地面振動試驗、地面伺服彈性試驗等；還有一些試驗是為了直接取得相關特性的數據，如顫振風洞模型試驗、抖振試驗等。書中簡要地介紹了它的基本原理和試驗方法。第2版共有12章，其中楊超編寫第2～4章，鄒叢青編寫第12章，其余由陳桂彬編寫。

內容概要

本書介紹了飛行器氣動彈性設計的基本原理和基本方法，主要包括4部分內容：氣動彈性靜力問題，氣動彈性動穩(wěn)定性——顫振，氣動伺服彈性穩(wěn)定性分析以及氣動彈性試驗。除了闡述基本概念和基本理論外，書中還介紹了常用的工程處理方法；對近年來在氣動彈性技術上的新進展，也作了簡要的介紹。    本書可作為高等航空院校相關專業(yè)本科生和研究生的教學用書或參考書，也可供航空工業(yè)部門和其他工業(yè)部門結構設計人員參考。

書籍目錄

第1章 緒論  1.1 氣動彈性問題的概述  1.2 氣動彈性力學發(fā)展的歷史梗概  1.3 氣動彈性方框圖  1.4 氣動彈性問題的分類  1.5 在飛機設計中的氣動彈性設計  1.6 氣動彈性設計在飛機設計中的新進展  思考題  參考文獻第2章 氣動彈性靜力問題的基本原理和解析方法  2.1 氣動彈性靜力問題的基本原理  2.2 長直機翼的解析方法  思考題  參考文獻第3章 氣動彈性靜力問題的矩陣分析方法  3.1 氣動力影響系數的矩陣表示  3.2 氣動彈性靜力問題分析的基本方程  3.3 機翼發(fā)散計算與分析  3.4 機翼載荷重新分布的計算與分析  3.5 副翼操縱效率與反效  思考題  參考文獻第4章 非定常氣動力計算方法  4.1 準定常氣動力  4.2 非定常氣動力  思考題  參考文獻第5章 顫振的基本概念  5.1 顫振概述  5.2 顫振的物理本質  5.3 簡化的顫振理論  5.4 影響顫振速度的因素  思考題  參考文獻第6章 顫振分析基礎  6.1 應用準定常氣動力理論的二元機翼顫振  6.2 應用非定常氣動力理論的二元機翼顫振  6.3 顫振行列式的求解  6.4 二元機翼一副翼顫振  思考題  參考文獻第7章 大展弦比機翼的顫振分析  7.1 工程顫振分析的概述  7.2 大展弦比直機翼的運動方程  7.3 采用準定常氣動力理論的顫振計算  7.4 采用非定常氣動力理論的顫振計算  7.5 大展弦比后掠機翼顫振分析的特點  思考題  參考文獻第8章 小展弦比機翼的顫振分析  8.1 小展弦比機翼的運動方程  8.2 用偶極子格網法的顫振計算  8.3 應用活塞理論的顫振計算  8.4 關于計及壓縮性影響的顫振計算  思考題  參考文獻第9章 尾翼及操縱面顫振分析第10章 飛行器的防顫振設計第11章 氣動彈性試驗第12章 氣動伺服彈性(動)穩(wěn)定性分析參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：氣動彈性問題作為一門力學學科是研究彈性物體在氣流中的力學行為，其任務是研究氣動力和彈性體之間的相互影響。氣動彈性力學所研究的各類氣動彈性現象，不外乎起因于空氣動力、彈性力和慣性力之間的相互作用。而作為設計學科，我們學習它，則不僅要揭示各種現象的機理，更為重要的是把它的基本原理應用到飛行器設計上，并作為一種設計的準則、規(guī)范和指導思想。由于在研究問題上的特殊性，致使這門學科在研究方法上也具有其自身的特點。氣動彈性的研究方法有別于彈性力學的研究方法。彈性力學的經典理論是研究彈性體在給定外力或位移作用下的應力與應變。通常，物體上的外作用力與變形無關，即認為在小變形下，不影響外力的作用。在這種情況下，常常忽略物體尺寸的變化，并按照初始形狀進行計算。但是，在大多數重要的氣動彈性問題中，情況起了變化。也就是說，應認為外力是隨著物體的變形情況而改變的，即載荷本身不是事先可以確定的，彈性變形對它起著重要作用。在彈性變形決定以前，空氣動力的大小是不知道的。因此，通常在問題解出以前，外載荷是不知道的。例如，在研究飛機的氣動彈性問題時，要把它當做彈性體處理，此時機翼上的升力要取決于機翼翼面相對于氣流的位置和運動，即此時的氣動力載荷不是一個事先可以確切給出的值。這也是氣動彈性問題研究的主要特點之一。氣動彈性力學主要關心的問題之一是結構在氣流中的穩(wěn)定性。因為，對于一定的結構，其空氣動力將會隨著氣流流速的增加而增加，而結構的彈性剛度卻與氣流速度無關，所以存在一個臨界風速；在這個速度下，結構變成不穩(wěn)定的。這種不穩(wěn)定性會產生極大的變形，并且會導致結構的破壞，這是飛機設計中決不允許的。從穩(wěn)定性這個角度出發(fā)，根據慣性力在所考慮的問題中是否允許忽略，又可把上述的不穩(wěn)定性區(qū)分為靜不穩(wěn)定性和動不穩(wěn)定性。前者主要是扭轉變形發(fā)散，后者主要是顫振。而從氣動彈性問題的整體來看，它所包含的內容，不僅是穩(wěn)定性，還包括很多其他問題。諸如在氣動彈性靜力問題中，由于彈性變形會引起載荷重新分布，也會使飛機的操縱效率降低，甚至發(fā)生操縱反效。在氣動彈性動力問題中，還有飛機對外載荷的動力響應，這種響應可以是飛機的變形、運動或誘生的動應力。例如由操縱面偏轉、突風等引起的響應都屬于這類問題。

編輯推薦

《氣動彈性設計基礎(第2版)》：普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材,北京高等教育精品教材。

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