氣動(dòng)彈性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

前言

氣動(dòng)彈性力學(xué)所研究的各類問題，不外乎起因于空氣動(dòng)力、彈性力及慣性力之間的相互作用。作為設(shè)計(jì)學(xué)科，學(xué)習(xí)它不僅要掌握各種氣動(dòng)彈性現(xiàn)象的機(jī)理，更為重要的是把它的基本原理應(yīng)用到飛行器設(shè)計(jì)上，并作為一種設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、規(guī)范和指導(dǎo)思想?；谏鲜鏊枷氲闹笇?dǎo)，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(yīng)我國(guó)航空工業(yè)不斷發(fā)展的需要。本書也可作為相關(guān)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(shè)計(jì)人員參考。本書從穩(wěn)定性問題出發(fā)，介紹了氣動(dòng)彈性設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要組成部分，即氣動(dòng)彈性靜力問題和氣動(dòng)彈性動(dòng)力問題，同時(shí)也概要地介紹了氣動(dòng)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(dòng)彈性穩(wěn)定性的內(nèi)容，精簡(jiǎn)了一些與穩(wěn)定性無關(guān)的內(nèi)容，增加了顫振分析的內(nèi)容。在氣動(dòng)彈性動(dòng)力問題中，顫振無疑是最為設(shè)計(jì)者關(guān)注的。這就促使防止顫振成為重要的研究課題，由此構(gòu)成了飛行器設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。本書結(jié)合工程設(shè)計(jì)實(shí)際，概括地?cái)⑹隽讼嚓P(guān)防顫振設(shè)計(jì)的內(nèi)容，結(jié)合我國(guó)制定的《飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度規(guī)范》中有關(guān)顫振的內(nèi)容，對(duì)防止顫振的要求、實(shí)施步驟等都作了一些討論。氣動(dòng)彈性試驗(yàn)是氣動(dòng)彈性學(xué)科的重要組成部分，它和氣動(dòng)彈性的理論研究幾乎是同步開始的。其中的一些試驗(yàn)項(xiàng)目是為了取得計(jì)算分析的原始數(shù)據(jù)，如飛行器結(jié)構(gòu)地面振動(dòng)試驗(yàn)、地面伺服彈性試驗(yàn)等；還有一些試驗(yàn)是為了直接取得相關(guān)特性的數(shù)據(jù)，如顫振風(fēng)洞模型試驗(yàn)、抖振試驗(yàn)等。書中簡(jiǎn)要地介紹了它的基本原理和試驗(yàn)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(nèi)容概要

本書介紹了飛行器氣動(dòng)彈性設(shè)計(jì)的基本原理和基本方法，主要包括4部分內(nèi)容：氣動(dòng)彈性靜力問題，氣動(dòng)彈性動(dòng)穩(wěn)定性——顫振，氣動(dòng)伺服彈性穩(wěn)定性分析以及氣動(dòng)彈性試驗(yàn)。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(duì)近年來在氣動(dòng)彈性技術(shù)上的新進(jìn)展，也作了簡(jiǎn)要的介紹。    本書可作為高等航空院校相關(guān)專業(yè)本科生和研究生的教學(xué)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員參考。

書籍目錄

第1章 緒論  1.1 氣動(dòng)彈性問題的概述  1.2 氣動(dòng)彈性力學(xué)發(fā)展的歷史梗概  1.3 氣動(dòng)彈性方框圖  1.4 氣動(dòng)彈性問題的分類  1.5 在飛機(jī)設(shè)計(jì)中的氣動(dòng)彈性設(shè)計(jì)  1.6 氣動(dòng)彈性設(shè)計(jì)在飛機(jī)設(shè)計(jì)中的新進(jìn)展  思考題  參考文獻(xiàn)第2章 氣動(dòng)彈性靜力問題的基本原理和解析方法  2.1 氣動(dòng)彈性靜力問題的基本原理  2.2 長(zhǎng)直機(jī)翼的解析方法  思考題  參考文獻(xiàn)第3章 氣動(dòng)彈性靜力問題的矩陣分析方法  3.1 氣動(dòng)力影響系數(shù)的矩陣表示  3.2 氣動(dòng)彈性靜力問題分析的基本方程  3.3 機(jī)翼發(fā)散計(jì)算與分析  3.4 機(jī)翼載荷重新分布的計(jì)算與分析  3.5 副翼操縱效率與反效  思考題  參考文獻(xiàn)第4章 非定常氣動(dòng)力計(jì)算方法  4.1 準(zhǔn)定常氣動(dòng)力  4.2 非定常氣動(dòng)力  思考題  參考文獻(xiàn)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(zhì)  5.3 簡(jiǎn)化的顫振理論  5.4 影響顫振速度的因素  思考題  參考文獻(xiàn)第6章 顫振分析基礎(chǔ)  6.1 應(yīng)用準(zhǔn)定常氣動(dòng)力理論的二元機(jī)翼顫振  6.2 應(yīng)用非定常氣動(dòng)力理論的二元機(jī)翼顫振  6.3 顫振行列式的求解  6.4 二元機(jī)翼一副翼顫振  思考題  參考文獻(xiàn)第7章 大展弦比機(jī)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(jī)翼的運(yùn)動(dòng)方程  7.3 采用準(zhǔn)定常氣動(dòng)力理論的顫振計(jì)算  7.4 采用非定常氣動(dòng)力理論的顫振計(jì)算  7.5 大展弦比后掠機(jī)翼顫振分析的特點(diǎn)  思考題  參考文獻(xiàn)第8章 小展弦比機(jī)翼的顫振分析  8.1 小展弦比機(jī)翼的運(yùn)動(dòng)方程  8.2 用偶極子格網(wǎng)法的顫振計(jì)算  8.3 應(yīng)用活塞理論的顫振計(jì)算  8.4 關(guān)于計(jì)及壓縮性影響的顫振計(jì)算  思考題  參考文獻(xiàn)第9章 尾翼及操縱面顫振分析第10章 飛行器的防顫振設(shè)計(jì)第11章 氣動(dòng)彈性試驗(yàn)第12章 氣動(dòng)伺服彈性(動(dòng))穩(wěn)定性分析參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：氣動(dòng)彈性問題作為一門力學(xué)學(xué)科是研究彈性物體在氣流中的力學(xué)行為，其任務(wù)是研究氣動(dòng)力和彈性體之間的相互影響。氣動(dòng)彈性力學(xué)所研究的各類氣動(dòng)彈性現(xiàn)象，不外乎起因于空氣動(dòng)力、彈性力和慣性力之間的相互作用。而作為設(shè)計(jì)學(xué)科，我們學(xué)習(xí)它，則不僅要揭示各種現(xiàn)象的機(jī)理，更為重要的是把它的基本原理應(yīng)用到飛行器設(shè)計(jì)上，并作為一種設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則、規(guī)范和指導(dǎo)思想。由于在研究問題上的特殊性，致使這門學(xué)科在研究方法上也具有其自身的特點(diǎn)。氣動(dòng)彈性的研究方法有別于彈性力學(xué)的研究方法。彈性力學(xué)的經(jīng)典理論是研究彈性體在給定外力或位移作用下的應(yīng)力與應(yīng)變。通常，物體上的外作用力與變形無關(guān)，即認(rèn)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(jìn)行計(jì)算。但是，在大多數(shù)重要的氣動(dòng)彈性問題中，情況起了變化。也就是說，應(yīng)認(rèn)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(duì)它起著重要作用。在彈性變形決定以前，空氣動(dòng)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(jī)的氣動(dòng)彈性問題時(shí)，要把它當(dāng)做彈性體處理，此時(shí)機(jī)翼上的升力要取決于機(jī)翼翼面相對(duì)于氣流的位置和運(yùn)動(dòng)，即此時(shí)的氣動(dòng)力載荷不是一個(gè)事先可以確切給出的值。這也是氣動(dòng)彈性問題研究的主要特點(diǎn)之一。氣動(dòng)彈性力學(xué)主要關(guān)心的問題之一是結(jié)構(gòu)在氣流中的穩(wěn)定性。因?yàn)?，?duì)于一定的結(jié)構(gòu)，其空氣動(dòng)力將會(huì)隨著氣流流速的增加而增加，而結(jié)構(gòu)的彈性剛度卻與氣流速度無關(guān)，所以存在一個(gè)臨界風(fēng)速；在這個(gè)速度下，結(jié)構(gòu)變成不穩(wěn)定的。這種不穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生極大的變形，并且會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞，這是飛機(jī)設(shè)計(jì)中決不允許的。從穩(wěn)定性這個(gè)角度出發(fā)，根據(jù)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(dòng)不穩(wěn)定性。前者主要是扭轉(zhuǎn)變形發(fā)散，后者主要是顫振。而從氣動(dòng)彈性問題的整體來看，它所包含的內(nèi)容，不僅是穩(wěn)定性，還包括很多其他問題。諸如在氣動(dòng)彈性靜力問題中，由于彈性變形會(huì)引起載荷重新分布，也會(huì)使飛機(jī)的操縱效率降低，甚至發(fā)生操縱反效。在氣動(dòng)彈性動(dòng)力問題中，還有飛機(jī)對(duì)外載荷的動(dòng)力響應(yīng)，這種響應(yīng)可以是飛機(jī)的變形、運(yùn)動(dòng)或誘生的動(dòng)應(yīng)力。例如由操縱面偏轉(zhuǎn)、突風(fēng)等引起的響應(yīng)都屬于這類問題。

編輯推薦

《氣動(dòng)彈性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(第2版)》：普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材,北京高等教育精品教材。

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