飞机气动弹性力学及载荷导论PDF电子书下载

绪论 1

第一部分 背景资料 7

1 单自由度系统振动 9

1.1 单自由度系统运动方程的建立 9

1.2 单自由度系统自由振动 11

1.3 单自由度系统强迫振动 12

1.4 谐和强迫振动——频率响应函数 13

1.5 瞬态／随机强迫振动——时域解 16

1.6 瞬态强迫振动——频域解 19

1.7 随机强迫振动——频域解 21

1.8 习题 22

2 多自由度系统振动 24

2.1 运动方程的建立 24

2.2 无阻尼自由振动 26

2.3 阻尼自由振动 30

2.4 模态坐标的变换 32

2.5 “自由-自由”系统 36

2.6 谐和强迫振动 36

2.7 瞬态／随机强迫振动——时域解 38

2.8 瞬态强迫振动——频域解 39

2.9 随机强迫振动——频域解 39

2.10 习题 39

3 连续系统振动——假设形态法 42

3.1 RAYLEIGH-RITZ假设形态法 43

3.2 广义运动方程——基本方法 44

3.3 广义运动方程——矩阵方法 48

3.4 根据“分支”模态建立飞机“自由-自由”模态 50

3.5 全机“自由-自由”模态 53

3.6 习题 55

4 连续系统振动——离散法 57

4.1 有限元法（FE）简介 57

4.2 弯曲梁元公式 59

4.3 梁元结构的组装和求解 62

4.4 扭转元 67

4.5 弯曲／扭转组合元 68

4.6 关于建模的意见 68

4.7 习题 70

5 定常空气动力学导论 72

5.1 标准大气 72

5.2 空气速度对气动特性的影响 73

5.3 对称翼型的绕流和压力 75

5.4 作用在翼型上的力 77

5.5 翼型具有攻角时的升力变化 77

5.6 俯仰力矩变化和气动中心 78

5.7 三维机翼上的升力 79

5.8 三维机翼上的阻力 83

5.9 操纵面 84

5.10 超声速空气动力学——活塞理论 85

5.11 跨声速流 85

5.12 习题 85

6 载荷导论 87

6.1 运动定律 87

6.2 D'ALEMBERT原理——惯性力和惯性力偶 90

6.3 外载荷／反作用载荷 93

6.4 自由体图 94

6.5 内载荷 95

6.6 连续模型结构的内载荷 95

6.7 离散模型结构的内载荷 99

6.8 部件间载荷 101

6.9 由内载荷确定应力——具有简单载荷路径的结构构件 101

6.10 习题 101

7 控制导论 105

7.1 开环和闭环系统 105

7.2 LAPLACE变换 106

7.3 开环、闭环系统在Laplace域和频域内的模型化 108

7.4 系统稳定性 109

7.5 PID控制 115

7.6 习题 116

第二部分 气动弹性力学和载荷导论 117

8 静气动弹性力学——机翼弹性对升力分布和发散的影响 119

8.1 具有弹簧约束二维刚体翼型的静气弹特性 120

8.2 根部固支弹性机翼的静气弹特性 122

8.3 配平对静气弹特性的影响 125

8.4 机翼后掠对静气弹特性的影响 129

8.5 习题 134

9 静气动弹性力学——机翼弹性对操纵效率的影响 135

9.1 弹性机翼的滚转操纵效率——定常滚转情况 135

9.2 弹性机翼的滚转操纵效率——根部固支机翼情况 140

9.3 操纵面展向位置的影响 143

9.4 全机模型下的操纵效率分析 143

9.5 配平对反效速度的影响 144

9.6 习题 145

10 非定常空气动力学导论 146

10.1 准定常空气动力学 146

10.2 非定常空气动力学 147

10.3 谐和振荡翼型的气动力和气动力矩 151

10.4 振荡气动导数 152

10.5 气动阻尼和气动刚度 153

10.6 与突风有关的非定常气动力学 154

10.7 习题 158

11 动气动弹性力学——颤振 159

11.1 非定常气动力简化模型 159

11.2 二元气弹模型 161

11.3 气动弹性方程的一般形式 163

11.4 颤振方程的特征值求解 163

11.5 二元模型的气弹特性 164

11.6 弹性机翼的气弹特性 173

11.7 多模态系统的气弹特性 174

11.8 二元系统颤振速度预测 174

11.9 颤振二次曲线 176

11.10 气弹系统的发散问题 178

11.11 非定常减缩频率影响的计入 180

11.12 操纵面颤振 183

11.13 全机模型——刚性模态的计入 186

11.14 跨声速流中的颤振 186

11.15 超声速流中的颤振问题——机翼颤振和壁板颤振 187

11.16 非线性的影响——极限环振荡 189

11.17 习题 191

12 气动伺服弹性力学 193

12.1 带操纵面简单气弹系统的数学模型化方法 194

12.2 突风项的计入 195

12.3 控制系统的实施 196

12.4 闭环系统稳定性的确定 196

12.5 闭环系统的突风响应 198

12.6 频率依赖的控制率应用于稳定性计算 199

12.7 频域内的响应分析 200

12.8 状态空间的模型化方法 200

12.9 习题 201

13 平衡机动 202

13.1 平衡机动——具有法向加速度的刚性飞机 204

13.2 机动包线 208

13.3 平衡机动——刚性飞机俯仰 209

13.4 平衡机动——弹性飞机俯仰 216

13.5 刚性飞机俯仰导数的弹性修正 229

13.6 平衡机动——飞机滚转和偏航 230

13.7 飞行控制系统（FCS）的模型化 233

13.8 习题 233

14 动力学机动的飞行力学模型 235

14.1 飞机轴系 236

14.2 运动变量 237

14.3 轴系变换 238

14.4 运动轴系中的速度和加速度分量 239

14.5 刚性飞机的飞行力学运动方程 242

14.6 扰动力和扰动力矩的模型化 244

14.7 弹性飞机纵向运动方程 246

14.8 飞行力学方程的求解 251

14.9 飞行控制系统（FCS） 252

15 动力学机动 254

15.1 动力学机动——由升降舵输入产生的刚性飞机沉浮／俯仰 255

15.2 动力学机动——由升降舵输入产生的弹性飞机沉浮／俯仰 261

15.3 纵向运动方程的一般形式 267

15.4 动力学机动——由副翼输入产生的刚性飞机滚转 268

15.5 动力学机动——由副翼输入产生的弹性飞机滚转 272

15.6 飞行力学方程的弹性修正 278

15.7 飞行控制系统（FCS）的模型化 279

15.8 习题 279

16 遭遇突风和湍流 281

16.1 突风和湍流 282

16.2 时域内的突风响应 283

16.3 时域突风响应——刚性飞机沉浮 285

16.4 时域突风响应——刚性飞机沉浮／俯仰 291

16.5 时域突风响应——弹性飞机 295

16.6 时域内运动方程的一般形式 301

16.7 频域内的湍流响应 301

16.8 频域湍流响应——刚性飞机沉浮 304

16.9 频域湍流响应——刚性飞机沉浮／俯仰 308

16.10 频域湍流响应——弹性飞机 310

16.11 频域内运动方程的一般形式 312

16.12 飞行控制系统（FCS）的模型化 313

16.13 习题 313

17 地面机动 315

17.1 起落架 315

17.2 滑行、起飞和着陆滑跑 319

17.3 着陆 326

17.4 刹车 331

17.5 “起旋”和“回弹”条件 334

17.6 转弯 335

17.7 摆振 336

17.8 飞行控制系统（FCS）的模型化 338

17.9 习题 338

18 飞机内载荷 340

18.1 限制载荷和极限载荷 341

18.2 飞机内载荷 341

18.3 内载荷的一般表达式——连续机翼 342

18.4 翼置发动机／起落架的影响 345

18.5 内载荷——连续弹性机翼 345

18.6 内载荷的一般表达式——离散机翼 351

18.7 内载荷——离散机身 354

18.8 内载荷——遭遇连续湍流 357

18.9 临界载荷的产生和筛选 358

18.10 确定飞机尺寸的临界情况 360

18.11 由内载荷求取应力——复杂载荷路径 361

18.12 习题 361

19 势流气动力学 364

19.1 无黏不可压缩流动分析的基本方法 364

19.2 涡的计入 368

19.3 二维薄翼定常气动力的数值模型化 371

19.4 采用面元法的三维机翼定常气动力模型化 373

19.5 谐和运动机翼非定常气动力的模型化 376

19.6 模态空间中的气动影响系数 378

19.7 习题 382

20 结构、气动计算模型的耦合 383

20.1 数学建模——静气弹情况 383

20.2 二维耦合静气弹模型——俯仰 385

20.3 二维耦合静气弹模型——沉浮／俯仰 386

20.4 三维耦合静气弹模型 387

20.5 数学建模——动气弹响应 391

20.6 二维耦合动气弹模型——弯曲／扭转 392

20.7 三维颤振分析 393

20.8 状态空间建模中与频率相关气动力的计入——有理分式逼近方法 394

第三部分 航空航天行业实践导论 399

21 飞机设计和适航审定 401

21.1 飞机设计过程中的气弹和载荷问题 401

21.2 飞机适航审定过程 403

22 气动弹性力学和载荷模型 408

22.1 结构模型 408

22.2 气动模型 413

22.3 飞行控制系统 415

22.4 其他模型问题 416

22.5 载荷变换 416

23 静气动弹性力学和颤振 417

23.1 静气动弹性力学 417

23.2 颤振 419

24 飞行机动和突风／湍流载荷 422

24.1 内载荷计算 422

24.2 平衡飞行机动 422

24.3 动力学飞行机动 425

24.4 突风和湍流 429

25 地面机动载荷 434

25.1 用于地面机动分析的飞机／起落架模型 434

25.2 起落架／机体界面 435

25.3 地面机动——着陆 435

25.4 地面机动——地面操纵 436

25.5 载荷处理 437

26 与气动弹性力学和载荷有关的试验项目 439

26.1 引言 439

26.2 风洞试验 440

26.3 地面振动试验 440

26.4 结构耦合试验 441

26.5 飞行模拟器试验 442

26.6 结构试验 442

26.7 飞行颤振试验 443

26.8 飞行载荷验证 444

附录 447

A 飞机刚性模态 449

A.1 刚性平动模态 449

A.2 刚性转动模态 449

B 纵向气动导数表 451

C 飞机对称弹性模态 453

C.1 飞机模型 453

C.2 对称自由-自由弹性模态 454

D 模态缩聚 461

D.1 引言 461

D.2 静态缩聚 461

D.3 动态缩聚——Guyan减缩法 462

D.4 气弹模型静态缩聚 463

D.5 模态缩聚 463

D.6 模态减缩 463

E 机体固定轴系内的气动导数 464

E.1 纵向导数Zω 464

E.2 侧向导数Lp、Lξ 465

F 飞机反对称弹性模态 468

F.1 飞机模型 468

F.2 反对称自由-自由弹性模态 468

G MATLAB/SIMULINK振动程序 470

G.1 单自由度系统强迫响应 470

G.2 多自由度系统模态求解 475

G.3 有限元法求解 477

H MATLAB/SIMULINK颤振程序 480

H.1 动气弹计算 480

H.2 气动伺服弹性系统 483

I MATLAB/SIMULINK飞行／地面机动以及遭遇突风／湍流程序 488

I.1 刚性飞机数据 488

I.2 弹性飞机数据 489

I.3 飞行情况数据 490

I.4 气动导数计算 490

I.5 平衡机动 492

I.6 动力学机动 493

I.7 时域内的突风响应 496

I.8 频域内的突风响应 498

I.9 地面机动 500

缩略语 505

索引 507

参考文献 513