飞行器气动弹性力学_2009版_

飞行器气动弹性力学研究随着人类科技的不断发展，飞行器在我们日常生活中扮演着越来越重要的角色。

然而，飞行器运行过程中所受到的气动弹性力学效应却给工程师们带来了极大的挑战。

针对这个问题，工程师们通过气动弹性力学研究，不断优化设计，实现了飞行器的日益完善。

气动弹性力学是研究飞行器表面受到气流冲击时发生变形或振动的现象和规律，包括弦向弯曲和扭转，梁向弯曲和扭曲，以及壳体的撑振和板壳弯曲等方面。

它是飞行器结构强度及振动问题的基础，对飞行器的安全性和自动控制性能有重要影响。

飞行器在飞行过程中，常常会面临复杂多变的气流环境，如高速气流、气流湍流、横向风等，这些气流将对飞行器的表面形成复杂的气动力分布，而这些气动力分布又将对飞行器的结构产生复杂的应力。

若飞行器的强度设计不足或结构刚度不足，以上的气动弹性效应将会引起飞行器的不稳定、飞行方向偏移、结构破坏等严重后果，这对于飞行器的生存和工作都是不可承受的。

气动弹性力学研究是对飞行器进行优化设计的关键。

飞行器的设计从初期的气动计算到最后的翻滚试验，都需要气动弹性力学的支持。

设计师们提出的各种模型在计算过程中需要不断优化，调整和创新。

计算机模拟气动弹性力学的方法为飞行器结构气动力学的计算、仿真和优化提供了方便。

基于气动弹性力学的正向反向传递方法、流固耦合方法和计算流体动力学等，为飞行器的设计带来了更多的选择和挑战。

对于大型飞行器，气动弹性力学分析的难点主要体现在飞行器在低速情况下所受到的气动弹性影响。

例如，大型客机从状态“悬停摆荡”，过渡到正常飞行，存在极大的困难。

因此，设计师们大部分时间都是花费在了优化低速情况下的气动弹性力学问题上。

除此之外，由于发动机的存在，飞机表面还要承受一定的热效应，而这些热效应也会影响气动力的分布，进一步影响飞行器的气动弹性力学效应。

由于发动机喷气口的高温喷气对飞行器表面有着极大的热效应，工程师们则会通过热膨胀和材料蠕变等热气动力学效应来分析和优化飞行器表面的设计。

飞行器气动弹性研究第一章：引言飞行器的气动弹性研究是飞行器设计过程中非常重要的一个环节。

气动弹性是指飞机在飞行过程中因气动力引起的结构变形和振动。

它是飞机设计中必须考虑的问题，也是影响飞机安全设计和运行的重要因素。

因此，对飞行器的气动弹性研究至关重要。

本文将介绍飞行器的气动弹性研究，包括气动弹性的概念和特点，气动弹性的分析方法、应用和现状。

同时，本文还将介绍飞行器气动弹性的研究意义和未来发展方向。

第二章：气动弹性的概念和特点气动弹性是指飞机在飞行过程中因气动力引起的结构变形和振动。

飞行器的气动弹性特征取决于飞行器的外形和周围流场的特征，也与材料的刚度和弹性有关。

气动弹性的强弱对飞行器的飞行性能、结构强度和稳定性都有着重要的影响。

气动弹性的特点是非线性和耦合。

飞行器在飞行过程中，其结构变形和振动与气动力之间存在着相互作用。

由于气动力的非线性和不稳定性，导致气动弹性的分析和控制变得十分复杂。

第三章：气动弹性的分析方法气动弹性的分析方法包括有限元方法、梁式理论和数值方法等。

有限元方法（FEM）是目前应用最广泛的飞行器气动弹性分析方法。

它将结构和流体领域分别建模后将两者耦合起来，形成一个完整的模型。

通过该模型，可以得到飞行器的气动弹性响应和振动特性。

梁式理论是以理想挠曲梁为基础的一种简化方法。

它将飞行器的结构分解为许多梁和杆件，以得到横向和纵向的颤振模式。

尽管该方法比有限元方法简单，但是只能处理某些特定的研究情况。

数值方法包括CFD和FVM等方法。

CFD方法将飞行器的流场建模，通过对气动力的计算，来解决飞行器的气动弹性问题。

FVM方法则是针对现代流体动力学问题的一种新方法，其关键是通过把问题离散化为一个差分方程，在电子计算机上进行程序计算。

第四章：气动弹性的应用气动弹性的应用主要包括飞行器设计优化、飞行动力学控制系统设计和安全评估等方面。

在飞行器的设计中，气动弹性可以指导结构设计选择，预测飞行器在特定飞行状态下的气动弹性响应，以确定结构的强度和屈曲限制等条件。

飞行器气动弹性特性及其挑战飞行器的气动弹性特性是指飞行器在飞行时由空气流动引起的弹性变形和振动现象。

这些变形和振动可能对飞行器的性能、安全性和寿命产生重要影响，因此对这些特性的研究和解决相关挑战具有重要意义。

在飞行器的设计和制造过程中，考虑和处理气动弹性特性十分关键。

一方面，飞行器的结构必须具有足够的强度和刚度来抵抗各种飞行载荷；另一方面，飞行器又必须具有一定的柔性和可变形性，以适应不同飞行条件和改善飞行性能。

首先，飞行器的气动弹性特性会对飞行性能产生直接影响。

例如，空气动力学效应会导致飞机产生升力和阻力，在飞行中需要精确掌握飞行器的气动特性，以便进行合适的操纵和控制。

此外，气动弹性也会导致飞行器的非线性响应和振动，这些不同响应模态可能使得飞机的飞行过程更加复杂，需要进行合适的设计和控制。

其次，飞行器的气动弹性特性还对飞机的结构安全性产生重要影响。

例如，当飞机在气流中飞行时，结构可能会受到风荷载和涡激振动等的影响，从而引起结构的应力和变形。

如果这些应力和变形超过了材料的极限，就可能会导致结构破坏或失效。

因此，对飞行器的气动弹性进行准确的分析和设计，对保证飞行器的结构安全至关重要。

然而，飞行器的气动弹性特性也带来了一些挑战。

首先，由于气动弹性特性是相对复杂的，涉及流体动力学、结构动力学和弹性力学等多个学科领域的交叉研究，需要进行深入的理论分析和数值模拟。

其次，飞行器的气动弹性特性往往具有多模态和非线性的特点，对于模态解耦和非线性控制技术的研究提出了更高的要求。

此外，飞行器的气动弹性还涉及到飞行器的整体设计和细节设计之间的相互影响，需要综合考虑多个因素。

为了解决这些挑战，研究人员采取了各种方法。

一方面，利用现代计算机仿真和数值模拟技术，可以对飞机的气动弹性特性进行准确的预测和分析，从而指导飞行器的设计和改进。

另一方面，开展实验研究和试验验证，通过对飞行器的气动特性和结构响应的实际测量，验证和修正数值模拟结果，提高对飞行器气动弹性特性的认识。

计算气动弹性若干研究进展杨国伟【期刊名称】《力学进展》【年(卷),期】2009(39)4【摘要】郭永怀和钱学森先生早在1946年提出了上临界马赫数的概念,即对于亚声速的二维无旋流动,当来流速度达到下临界马赫数时开始出现声速.稍增加来流速度,光滑无旋的亚、超声速混合流动可以继续存在,理论上只有当来流速度达到上临界马赫数出现激波后,光滑无旋流动才被破坏.随后,航空工程界先驱们为提高阻力发散马赫数,降低马赫数1附近的飞机阻力,为突破声障,提出了超临界翼型设计技术,引进了后掠翼设计概念,提出了跨声速面积律理论,导致了20世纪军民用航空飞行器的大规模发展,随着计算机技术和计算方法的进步,不同程度地简化流体控制方程的求解方法得到大发展.基于雷诺平均Navier-Stokes方程的计算流体力学已广泛应用于飞机性能评估、复杂流动机理分析.目前,气动外形优化设计、气动/结构耦合干扰、气动噪声等多学科问题成为空气动力学的研究热点.该文介绍作者的团队近年来在计算气动弹性研究方面的若干进展,作为对郭永怀先生诞辰100周年的怀念.【总页数】15页(P406-420)【作者】杨国伟【作者单位】中国科学院力学研究所高温气体动力学重点实验室,北京,100190【正文语种】中文【中图分类】O3【相关文献】1.风力机叶片气动弹性剪裁研究进展 [J], 李晓拓;祝颖丹;颜春;范欣愉2.空间再入飞行器热气动弹性数值研究进展 [J], 张章;黄伟;唐明章;王伟志3.大展弦比柔性机翼气动弹性分析中的气动力方法研究进展 [J], 杨超;杨澜;谢长川4.机翼前缘及气动弹性优化设计研究进展 [J], 秦琴;李立强;易清洋;邵云峰5.间隙非线性气动弹性系统颤振及控制问题研究进展 [J], 李家旭;田玮;谷迎松因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

航空工程中的飞行器气动力学资料航空工程是指研究和开发飞行器以及与之相关的各种技术的学科。

飞行器气动力学是航空工程中的一个重要分支，它研究飞行器在空气中运动时所受到的气动力学效应。

本文将介绍航空工程中涉及的飞行器气动力学资料，包括飞行器的气动特性、气动力学参数和相关工具。

一、飞行器的气动特性飞行器的气动特性是指飞行器在空气中运动时所表现出的气动效应。

这些特性包括升力、阻力、侧力、滚转力矩、俯仰力矩、偏航力矩等，它们直接影响着飞行器的飞行性能和稳定性。

在航空工程中，需要对飞行器的气动特性进行精确的测量和分析，以便优化设计和改进飞行性能。

二、气动力学参数气动力学参数是用来描述飞行器在空气中运动时所受到的气动力学效应的量化指标。

常见的气动力学参数包括升力系数、阻力系数、侧力系数、滚转力矩系数、俯仰力矩系数、偏航力矩系数等。

这些参数的测量和计算可以帮助航空工程师了解飞行器的气动性能，并做出相应的改进和调整。

三、气动力学模拟与计算工具在航空工程中，气动力学模拟与计算工具是不可或缺的。

它们通过建立数学模型和使用计算方法来模拟和计算飞行器在不同条件下的气动力学效应。

其中，计算流体力学（CFD）是一种广泛应用的方法，它可以通过数值计算来模拟和分析复杂的气动力学问题。

此外，还有一些专业的软件工具如风洞数据处理软件、飞行器风洞试验分析软件等，用于获取和分析飞行器的气动数据。

四、飞行器气动力学资料的应用飞行器气动力学资料在航空工程中具有广泛的应用。

它们可以用于优化飞行器的设计、改进飞行性能、提高飞行安全性以及进行飞行器的控制和导航等。

航空工程师可以根据气动力学资料，针对不同飞行任务和工况进行飞行器的设计和改进，以满足飞行器的性能要求。

综上所述，航空工程中的飞行器气动力学资料对于飞行器的设计和改进具有重要的意义。

通过研究飞行器的气动特性、计算和分析气动力学参数，以及利用气动力学模拟与计算工具，航空工程师可以更好地理解和掌握飞行器在空气中的行为，进而优化飞行器的设计和改进飞行性能。

飞行器气动力学与飞行控制飞行器气动力学与飞行控制是航空航天工程领域中最关键和基础的学科之一。

它涉及到飞行器的设计、建模、分析和控制等方面，对于飞行器的性能和稳定性起着至关重要的作用。

本文将就飞行器气动力学和飞行控制的基本原理进行探讨。

一、飞行器气动力学飞行器气动力学是研究飞行器在流体力学作用下运动规律的学科。

其基本假设是飞行器是刚体，并处于静力平衡状态，即受力平衡。

飞行器受到来自气流的气动力，包括升力、阻力、侧力和俯仰力等。

其中，升力是使飞行器在空中获得升力的关键力量，阻力是阻碍飞行器前进速度的力量，侧力是侧向运动的力量，俯仰力则是俯仰运动的力量。

在飞行器气动力学中，升力和阻力是两个最为重要的力量。

升力主要受飞行器的气动外形和攻角的影响，可以通过改变攻角和增加机翼面积等方式来调节。

阻力则与飞行器的速度、气动外形和雷诺数等有关，可以通过减小飞行器的气动阻力系数和提高流线型来降低阻力。

此外，侧力和俯仰力则与飞行器的侧向和俯仰运动相关，需要通过调整舵面的位置和角度来控制。

二、飞行控制系统飞行控制系统是指通过操纵飞行器上的舵面和推力装置，来实现对飞行器运动状态的控制。

它可以分为两个方面：动力学控制和导航控制。

动力学控制是指控制飞行器在三个自由度上的运动状态，即滚转、俯仰和偏航。

其中，滚转控制是通过调节副翼或气动融合设计来实现的；俯仰控制则是通过改变升降舵或更改机身姿态来实现的；偏航控制则是通过舵面或巡航推力装置等来实现的。

动力学控制旨在使飞行器能够保持稳定平衡的飞行状态，避免异常姿态和剧烈的姿态变化。

导航控制是指控制飞行器的位置和航向，以实现特定的飞行任务。

根据导航定位系统的发展，导航控制可以分为惯性导航和卫星导航两种。

惯性导航是通过加速度计和陀螺仪等内部传感器来获取飞行器的位置和速度信息，以实现飞行器的定位和导航；而卫星导航则是通过接收卫星发射的导航信号，来实现飞行器的定位和导航。

导航控制的目标是使飞行器能够按照预定的航线完成飞行任务，并能够在特定时刻到达特定位置。

飞行器设计中的气动力学原理飞机是人类对天空的征服，而飞行器设计的核心就是气动力学原理的运用。

气动力学是研究物体在气流中运动时所受到的力学性质和力学规律的学科，对飞行器设计来说至关重要。

本文将以相对简单的语言来介绍飞行器设计中的气动力学原理，并讨论其在不同类型飞行器中的应用。

1. 升力和阻力在飞行器设计中，升力和阻力是最基本、最重要的两个气动力学原理。

升力是飞行器在空气中产生的垂直向上的力，使其能够脱离地面，并在空中保持悬停或飞行。

而阻力则是空气对飞行器的阻碍力，会让飞行器需要消耗更多的能量来克服。

升力的产生主要归功于飞行器上的翼面。

翼面的形状和气流的运动使得翼面上方的气压低于翼面下方的气压，从而产生了一个向上的压力差。

这个压力差就是升力。

而阻力的产生则是由飞行器与空气之间的摩擦力和压力引起的。

为了减小阻力，设计师们通常会采用流线型的外形，减少空气阻力的产生。

2. 控制性控制性是飞行器设计中的另一个重要概念。

它指的是飞行器在不同飞行状态下能够保持稳定并灵活响应操控的能力。

控制性主要由三种力所决定：升力、阻力和重力。

通过控制升力的大小和方向，飞行器可以进行上升、下降、转弯等动作。

而通过控制阻力的大小和方向，飞行器可以减速或加速。

除此之外，飞行器的姿态也需要通过控制升力的差异来调整，以保持稳定飞行。

在实际设计中，通常会采用可调节的翼面来控制飞行器的升力和阻力，以实现精确的操控。

3. 安全性飞行器的安全性是设计中至关重要的因素之一。

在气动力学原理的应用中，安全性主要体现在两个方面：飞行稳定性和结构强度。

飞行稳定性是指飞行器在不同环境条件下的保持平衡和稳定的能力。

这需要设计师根据气动力学原理来确定飞行器的重心和稳定性轴线。

通过合理设计飞行器各部件的位置和形状，可以使飞行器在飞行中能够保持平衡，减少气流对其造成的干扰。

结构强度则是指飞行器在飞行过程中所承受的各种力的作用下不发生损坏或失效的能力。

在设计中，需要根据气动力学原理来预测和计算飞行器所受到的力，并据此来选择合适的材料和结构。

飞行器气动力学与飞行控制飞行器气动力学与飞行控制是航空航天领域中的重要学科，研究飞行器在空气中的运动及其受力情况，以及如何通过控制飞行器以实现稳定和准确的飞行。

本文将针对飞行器气动力学和飞行控制的一些关键概念和原理进行综述，并探讨它们在航空航天工程中的应用。

一、气动力学的基本原理1.1 升力和阻力在飞行器气动力学中，升力和阻力是两个基本的力。

升力是指垂直于飞行方向的力，使得飞行器能够克服重力并在空中飞行。

而阻力则是与运动方向相反的力，会阻碍飞行器的运行速度。

了解升力和阻力的生成原理，对于飞行器的设计和控制至关重要。

1.2 气动力学参数飞行器在空中运行时，受到空气流动的影响。

为了描述和分析飞行器的运动状态，气动力学引入了一些重要的参数，如气动力学力、气动力矩、迎风面积等。

这些参数在设计飞行器和制定飞行控制策略时起着至关重要的作用。

二、飞行器控制系统2.1 自动驾驶系统现代飞行器通常配备了自动驾驶系统，用于稳定飞行器的飞行轨迹和实现精确的导航。

自动驾驶系统通过引入控制律和控制算法，通过对飞行器的姿态、油门和舵面等控制执行器的调节，实现飞行器的自动控制和导航。

2.2 飞行器姿态控制在飞行器的控制过程中，姿态控制是十分重要的一环。

姿态控制涉及到飞行器的姿态稳定和操控，包括翻滚、俯仰和航向的控制。

通过精确的姿态控制，飞行器能够更好地应对外界的干扰和实现预定的飞行动作。

2.3 舵面控制系统舵面控制系统是飞行器控制系统中的重要组成部分，主要由舵面和执行器组成。

它们负责飞行器操纵员或自动驾驶系统的指令，并将其转化为相应的控制信号，控制飞行器的姿态和运动。

舵面控制系统的设计和优化对于飞行器的操控和飞行稳定性具有重要意义。

三、飞行器气动力学与飞行控制的应用3.1 民用航空民用航空是飞行器气动力学与飞行控制的重要应用领域之一。

通过对飞行器气动力学和飞行控制的深入研究，可以提高飞机的飞行效率、安全性和乘坐舒适度。

3.2 航天探索飞行器气动力学和飞行控制在航天探索中也发挥着重要作用。