超音速与高超音速下非线性机翼颤振特性研究

本文档深入探讨了结构非线性机翼在超音速和高超音速流中的气动弹性特性，该研究由郑国勇和杨翔仁两位学者在西南交通大学应用力学与工程系进行。他们基于活塞理论（Piston Theory），这是一种用于估算气动力的经典方法，通过这一理论计算了作用于机翼表面的力。这种方法考虑了气动力与飞行速度、空气流动特性以及机翼几何形状的复杂交互作用。 作者利用能量法构建了系统的运动微分方程，这是一种数学工具，可以用来描述物体在受力下的动态行为。通过这种方式，他们分析了系统在不同速度条件下的稳定性，特别是关注了临界颤振速度，这是导致结构失稳的关键点。Hopf分叉理论在此起到了关键作用，它被用来确定这个转折点，即系统从稳定状态转变为不稳定振动的边界。 论文还考察了系统参数对临界颤振速度的影响，这些参数可能包括翼型、材料属性、气动载荷等因素，它们共同决定了机翼在特定飞行条件下能否保持稳定。研究发现，在一个特定的速度范围内，即9.48<v<43.25（无量纲速度单位），机翼会表现出极限环响应，这是非线性动力学中常见的振荡模式，表明系统已进入不稳定区域。 为了进一步验证其理论分析，研究人员采用了等效线性化方法和数值积分法来研究具有立方非线性刚度系统的极限环响应。这两种方法在预测极限环行为上得到了一致的结果，增加了研究结果的可信度。随着流体速度的增加，极限环的振幅也随之增大，这预示着更高的飞行速度可能会加剧颤振现象，对飞行器设计提出了更高的要求和挑战。 这篇论文为我们提供了关于超音速和高超音速下非线性机翼颤振特性的宝贵见解，对于航空航天工程领域的颤振控制和优化设计具有重要的参考价值。它强调了理解和管理飞行器在极端速度下的气动性能，对于保证飞行安全至关重要。