气动弹性力学

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气动弹性力学( aeroelasticity ),研究弹性物体同周围空气或其他满足状态方程的气体发生相对运动所产生各种问题的学科。力学的分支。简称气动力学。弹性物体包括固定翼飞机、导弹、直升机的旋翼和螺旋桨、涡轮喷气和涡扇喷气发动机的叶片、高层建筑、桥梁等。

根据所涉及的力的不同,可分成静气动弹性力学和动气动弹性力学。静气动弹性力学研究涉及空气动力和弹性力相互作用的问题。动气动弹性力学研究涉及空气动力、弹性力和惯性力相互作用的问题。无论是静气动弹性力学还是动气动弹性力学,都可分为响应问题和稳定性问题。

静气动弹性响应

由于弹性体受到空气动力后产生弹性变形,最后导致弹性体上的空气动力重新分布,总的空气动力和力矩也发生变化。对于固定翼飞机,这将影响空气动力载荷分布、飞机的性能和操纵安全性。

静气动弹性稳定性

由于在一定的弹性体刚度之下,随着气流动压的增加,空气动力加大,由弹性变形引起的附加空气动力也加大。到某一动压下,弹性恢复力已不能平衡增大后的空气动力,引起变形发散。这个动压称为发散临界动压。

动气动弹性响应

一种是弹性体对气流中的紊流扰动的响应,称为突风响应。另一种是当流过弹性体的气流分离时,引起的弹性体的响应,称为抖振。

动气动弹性稳定性

又称为颤振。一种是经典颤振。在一定的弹性体刚度和质量特征下,当气流动压比较低时,弹性体受到扰动后产生的响应,扰动消失后是衰减的。到某一气流动压下,扰动消失后弹性体持续地做等幅振荡,称为颤振。这个动压称为颤振临界动压。超过这个动压后,弹性体受到扰动时响应是发散的。经典颤振的特点是,它涉及弹性体两个或多个运动自由度的弹性力、惯性力和空气动力的相互作用。而且,其中的一个运动自由度的空气动力对其他运动自由度做正功,使弹性体从气流中吸取能量。另一种是单自由度颤振。它只涉及弹性体的某一个运动自由度。由于某个或某些参数的变化,使这个运动自由度的空气动力阻尼改变符号。这样这个运动自由度就可从气流中吸取能量,导致不稳定。