结合定常CFD技术的当地流活塞理论 被引量：11

1

作者 张伟伟 史爱民 +1 位作者 王刚 叶正寅 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第5期545-549,共5页

结合定常 CFD技术和超音速非定常气动力工程计算方法——活塞理论 ,发展了一种基于超音速、高超音速定常流场求解非定常气动力的当地流活塞理论。适用于超音速、高超音速飞机颤振中的小振幅非定常气动力计算。通过与非定常 Euler方程求... 结合定常 CFD技术和超音速非定常气动力工程计算方法——活塞理论 ,发展了一种基于超音速、高超音速定常流场求解非定常气动力的当地流活塞理论。适用于超音速、高超音速飞机颤振中的小振幅非定常气动力计算。通过与非定常 Euler方程求解结果的比较 ,发现在马赫数不太高或大迎角的超音速流动中 ,其精度比原始活塞理论高得多 ,也能够计算超音速、高超音速下大钝头和考虑机身干扰的复杂外形非定常气动力 ,扩大了活塞理论的应用范围。与非定常 Euler方程或N- S方程的数值求解相比 。 展开更多

关键词 当地流活塞理论 CFD 超音速 高超音速 非定常气动力 颤振

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基于当地流活塞理论的气动弹性计算方法研究 被引量：36

2

作者 张伟伟 叶正寅 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第5期632-639,共8页

发展了一种高效、高精度的超音速、高超音速非定常气动力计算方法——基于定常CFD技术的当地流活塞理论.运用当地流活塞理论计算非定常气动力,耦合结构运动方程,实现超音速、高超音速气动弹性的时域模拟.运用这种方法计算了一系列非定... 发展了一种高效、高精度的超音速、高超音速非定常气动力计算方法——基于定常CFD技术的当地流活塞理论.运用当地流活塞理论计算非定常气动力,耦合结构运动方程,实现超音速、高超音速气动弹性的时域模拟.运用这种方法计算了一系列非定常气动力算例和颤振算例,并和原始活塞理论、非定常Euler方程结果作了比较.由于局部地使用活塞理论假设,这种方法大大地克服了原始活塞理论对飞行马赫数、翼型厚度和飞行迎角的限制.与非定常Euler方程方法相比,当地流活塞理论的效率很高. 展开更多

关键词 当地流活塞理论 CFD 超音速 高超音速 非定常气动力 气动弹性 颤振

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结合CFD和当地流活塞理论的全机组合体超声速颤振分析 被引量：5

3

作者 史晓鸣 杨炳渊 +1 位作者 李海东 唐国安 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第6期613-617,674,共5页

针对翼．身组合体飞行器面对称布局的特点，利用模态振型的对称和反对称性，以分枝模态法建立结构的运动微分方程，结合CFD的当地流活塞理论计算飞行器的非定常气动力，建立飞行器全机组合体的气动弹性数学模型。对飞行器进行了来流为1... 针对翼．身组合体飞行器面对称布局的特点，利用模态振型的对称和反对称性，以分枝模态法建立结构的运动微分方程，结合CFD的当地流活塞理论计算飞行器的非定常气动力，建立飞行器全机组合体的气动弹性数学模型。对飞行器进行了来流为1．5～7马赫数下的颤振分析，结果与全CFD／CSD耦合时域仿真结果较好吻合，验证了本文方法在工程设计中的有效性和可行性。本文方法的效率在相同精度下比CFD／CSD耦合的时域方法高100倍。 展开更多

关键词 气动弹性 颤振 翼-身组合体 全机 当地流活塞理论

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基于当地流活塞理论的翼-身组合体飞行器大攻角超声速颤振分析 被引量：5

4

作者 史晓鸣 杨炳渊 +1 位作者 李海东 唐国安 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第5期664-667,共4页

基于当地流活塞理论推导了旋成体机身和任意外形三维机翼非定常气动力计算公式,结合CFD数值仿真,将当地流活塞理论推广用于复杂外形飞行器全机大攻角超声速颤振计算。以翼-身组合体面对称外形飞行器为例,进行带攻角的超声速颤振计算,并... 基于当地流活塞理论推导了旋成体机身和任意外形三维机翼非定常气动力计算公式,结合CFD数值仿真,将当地流活塞理论推广用于复杂外形飞行器全机大攻角超声速颤振计算。以翼-身组合体面对称外形飞行器为例,进行带攻角的超声速颤振计算,并与非定常气动力采用CFD全数值仿真求解得到的颤振计算结果比较,验证了本文方法的正确性和效率。 展开更多

关键词 当地流活塞理论 CFD 大攻角 超声速颤振

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一种基于当地流活塞理论的超音速导弹气动伺服弹性分析方法 被引量：6

5

作者 张陈安 张伟伟 叶正寅 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期141-146,共6页

运用当地流活塞理论计算导弹的非定常气动力,在状态空间内实现了气动弹性系统与控制系统的耦合,并进行了时域分析。对某典型导弹的气动伺服弹性问题算例,计算了不同马赫数、不同迎角以及不同的传感器安装位置对导弹气动伺服弹性特性的影... 运用当地流活塞理论计算导弹的非定常气动力,在状态空间内实现了气动弹性系统与控制系统的耦合,并进行了时域分析。对某典型导弹的气动伺服弹性问题算例,计算了不同马赫数、不同迎角以及不同的传感器安装位置对导弹气动伺服弹性特性的影响,同时考察了控制系统的引入对不同刚度弹体气动伺服弹性特性的影响。算例结果与理论分析相吻合,表明该方法能简便的对全机、全弹复杂外形的气动伺服弹性正问题进行高效准确的分析,在较大范围的马赫数和迎角内都能得到可靠的结果。 展开更多

关键词 气动伺服弹性 颤振 当地流活塞理论 超音速 高超音速 降阶气动力模型

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高超声速舵面热气动弹性不确定性及全局灵敏度分析 被引量：8

6

作者 叶坤 叶正寅 +2 位作者 屈展 邬晓敬 张伟伟 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第2期278-289,共12页

鉴于高超声速中气动热预测的不确定性影响热气动弹性分析的可靠性,提出一种温度分布参数化模型,基于此模型,对高超声速舵面热气动弹性中气动热的不确定性及全局灵敏度进行分析,分析方法:求解N-S方程得到物面的温度分布,对此温度分布进... 鉴于高超声速中气动热预测的不确定性影响热气动弹性分析的可靠性,提出一种温度分布参数化模型,基于此模型,对高超声速舵面热气动弹性中气动热的不确定性及全局灵敏度进行分析,分析方法:求解N-S方程得到物面的温度分布,对此温度分布进行参数化,分别采用蒙特卡罗模拟(Monte Carlo simulation,MCS)方法和稀疏网格数值积分(spare grid numerical integration,SGNI)方法生成不确定性及全局灵敏度分析所需样本,对所有样本都进行热气动弹性分析,热气动弹性分析过程为:由样本得到温度分布,基于此温度分布,考虑热应力和材料属性的影响,对结构进行模态分析,将结构模态插值到气动网格,采用基于CFD的当地流活塞理论进行了气动弹性分析.分别在两种飞行状态下进行分析,计算结果表明:(1)M=5,H=15 km,结构固有频率和颤振分析结果的变异系数约为5.83%;(2)M=6,H=15 km,结构和颤振分析结果的变异系数约为8.84%.两种状态下,两个不确定参数的全局灵敏度都在50%左右,两者耦合作用很小,约为0.与MCS方法相比,SGNI方法显著的提高了不确定性分析效率. 展开更多

关键词 高超声速 热气动弹性 不确定性分析 全局灵敏度 稀疏网格方法 当地流活塞理论

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一种超音速高超音速动导数的高效计算方法 被引量：7

7

作者 刘溢浪 张伟伟 +1 位作者 田八林 叶正寅 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期824-828,共5页

动导数是飞行器稳定性和操作性分析的原始输入参数。目前的计算方法主要包括工程方法和非定常CFD数值方法。前者虽具有较高的效率,但精度较低,后者则计算量较大。当地流活塞理论结合了CFD技术高精度和经典活塞理论高效率的优点。采用基... 动导数是飞行器稳定性和操作性分析的原始输入参数。目前的计算方法主要包括工程方法和非定常CFD数值方法。前者虽具有较高的效率,但精度较低,后者则计算量较大。当地流活塞理论结合了CFD技术高精度和经典活塞理论高效率的优点。采用基于定常CFD技术的当地流活塞理论,发展了一种高效、高精度的超音速、高超音速飞行器动导数的计算方法。论文以纵向刚体模态为例推导了动导数的计算公式。通过两个国际标模算例的对比验证,证明了该方法的正确性和计算精度。 展开更多

关键词 动导数 超音速 高超音速 当地流活塞理论

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迎角对间隙舵面的非线性颤振特性影响研究 被引量：5

8

作者 张伟伟 王忠波 +1 位作者 叶正寅 杨永年 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2011年第2期296-301,共6页

针对典型超音速舵面,采用基于CFD(computational fluid dynamic)技术的当地流活塞理论计算气动载荷,运用等效线化方法分析带有间隙非线性的舵面颤振特性。研究飞行迎角和舵面间隙大小对系统极限环颤振特性的影响规律。计算结果表明,适... 针对典型超音速舵面,采用基于CFD(computational fluid dynamic)技术的当地流活塞理论计算气动载荷,运用等效线化方法分析带有间隙非线性的舵面颤振特性。研究飞行迎角和舵面间隙大小对系统极限环颤振特性的影响规律。计算结果表明,适当赋予一定的气动预载荷、减小间隙大小等措施,可以提高带有间隙舵面的气动弹性稳定性。对于该舵面模型而言,无间隙颤振速度和舵面间隙大小满足国军标要求时,有间隙舵面在实际飞行中不会发生破坏性颤振,只在0°迎角情况下才会出现微幅极限环运动。 展开更多

关键词 颤振 气动弹性 间隙非线性刚度 当量线化 当地流活塞理论

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转捩位置对全动舵面热气动弹性的影响 被引量：11

9

作者 刘成 叶正寅 叶坤 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第4期802-810,共9页

高超声速附面层的转捩预测一直是流体力学研究中的难点,转捩前后物面的摩擦系数和传热系数会发生改变,转捩位置的不同会影响到飞行器表面热环境,进而使得飞行器的气动弹性特性发生显著变化.鉴于高超声速附面层转捩预测的不确定性,本文... 高超声速附面层的转捩预测一直是流体力学研究中的难点,转捩前后物面的摩擦系数和传热系数会发生改变,转捩位置的不同会影响到飞行器表面热环境,进而使得飞行器的气动弹性特性发生显著变化.鉴于高超声速附面层转捩预测的不确定性,本文分析了转捩位置对高超声速全动舵面热气动弹性的影响.首先分别用层流模型和湍流模型求解N-S方程,得到气动热环境,并对气动热进行参数化;然后在不同转捩位置情况下构造出不同转捩位置的热分布模型,基于此种温度分布,结合热应力和材料属性的影响分析结构的热模态,将结构模态插值到气动网格上,采用基于CFD的当地流活塞理论进行气动弹性分析.以M=6,H=15 km的某舵面为对象进行计算,结果表明:(1)随着转捩位置向后缘移动,结构频率上升,结构颤振速度呈增大趋势,转捩位置的变化能够带来颤振临界速度最大6%的变化量;(2)当转捩位置位于舵轴附近时,结构的颤振特性变化剧烈.通过刚度特性的分解和分析发现,导致颤振特性变化的主要因素在于舵轴的刚度特性变化,舵轴的影响量占整个结构刚度特性变化量的80%以上. 展开更多

关键词 高超声速 附面层转捩 热气动弹性 不确定性 当地流活塞理论

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高超声速热气动弹性中结构热边界影响研究 被引量：6

10

作者 叶坤 叶正寅 屈展 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期1-10,共10页

基于分层求解思路研究结构热边界对高超声速飞行器全动舵面和翼面结构热气动弹性特性的影响。首先,基于CFD求解N-S方程得到热环境,在此基础上进行结构的瞬态热传导分析,进而分析结构由于温度梯度产生的热应力和温度对材料属性的影响下... 基于分层求解思路研究结构热边界对高超声速飞行器全动舵面和翼面结构热气动弹性特性的影响。首先,基于CFD求解N-S方程得到热环境,在此基础上进行结构的瞬态热传导分析,进而分析结构由于温度梯度产生的热应力和温度对材料属性的影响下的模态固有特性,然后将结构振型插值到气动网格上,最后,通过求解Euler方程得到流动参数,基于CFD的当地流活塞理论计算气动力,在状态空间中进行了气动弹性分析。通过对4组结构模型进行热气动弹性分析,研究了结构热边界对舵面和翼面热气动弹性的影响,结果表明:对全动舵面而言,结构热边界首先会影响舵轴处结构的热传导过程及温度分布,进而对结构固有频率、频率间距、颤振速度以及颤振频率的变化产生的影响达到了16%。对翼面而言,结构热边界对结构固有频率、频率间距、颤振速度以及颤振频率的变化产生的影响约为1%。因此,工程实际当中,进行热气动弹性分析时应采用合理的结构热边界。 展开更多

关键词 高超声速 热气动弹性 结构热边界 气动加热 当地流活塞理论

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前缘激波脱体的大迎角翼面颤振工程计算方法 被引量：13

11

作者 杨炳渊 宋伟力 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2002年第4期100-103,共4页

本文利用二阶线化理论对当地流活塞理论作了修正 ,利用激波脱体的临界折角确定翼型上声速线位置 ,并用插值法估计脱体激波到声速线之间局部亚音速区的当地气流参数 ,声速线后的当地气流参数仍由膨胀波公式计算 ,从而形成了适合于激波脱... 本文利用二阶线化理论对当地流活塞理论作了修正 ,利用激波脱体的临界折角确定翼型上声速线位置 ,并用插值法估计脱体激波到声速线之间局部亚音速区的当地气流参数 ,声速线后的当地气流参数仍由膨胀波公式计算 ,从而形成了适合于激波脱体流态的小展弦比大迎角翼面颤振工程估算的一整套方法。如考虑翼前缘圆角的存在 ,全部Mn >1的小展弦翼面都可用本文方法统一进行颤振分析。经Ma =1.1～ 2 .5的带迎角舵模型风洞颤振试验验证 ,表明本文方法具有一定的精度 ,能满足工程设计要求。 展开更多

关键词 前缘激波脱体 大迎角翼面颤 工程计算方法 颤振分析 非定常气动力 当地流活塞理论 迎角舵模型 风洞颤振试验

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一种高空高超声速非定常气动力近似模型 被引量：5

12

作者 韩汉桥 张陈安 王发民 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第5期690-698,共9页

针对高空高马赫数飞行环境和强黏性干扰的物理特性，在当地流活塞理论的基础上引入有效外形修正，发展了黏性修正当地流活塞理论，结合定常N—S方程解给出了高空高马赫数下针对该方法的有效外形的判据，并通过数值算例对该判据进行了验... 针对高空高马赫数飞行环境和强黏性干扰的物理特性，在当地流活塞理论的基础上引入有效外形修正，发展了黏性修正当地流活塞理论，结合定常N—S方程解给出了高空高马赫数下针对该方法的有效外形的判据，并通过数值算例对该判据进行了验证．通过对典型尖头薄翼和典型钝头翼的一系列二维非定常算例，将该方法与一阶活塞理论、基于欧拉（Euler）方程的当地流活塞理论和非定常N—S方程数值解进行了对比．结果显示在高度为40—70km、马赫数为10—20范围内，通过该方法计算得到的非定常气动力与非定常N—s方程数值解吻合较好，明显优于活塞理论和基于Euler方程的当地流活塞理论．该方法克服了传统的活塞理论和当地流活塞理论不能用于高空高马赫数这类强黏性效应情况的弊端，在较宽的马赫数、攻角、飞行高度范围内都有良好的适用性，同时其计算效率远高于非定常N-S方程． 展开更多

关键词 高超声速 黏性干扰 非定常气动力 当地流活塞理论 黏性修正

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轴向载荷对大长细比导弹稳定性的影响研究 被引量：4

13

作者 全景阁 叶正寅 张伟伟 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期94-102,共9页

大长细比飞行器的刚性模态和弹性模态极易发生耦合失稳现象。轴向载荷作用下其结构刚度特性会发生变化,进一步降低其稳定性。使用有限元方法分析了大长细比导弹在轴向载荷作用下的结构刚度特性。采用当地流活塞理论计算弹性体变形的气动... 大长细比飞行器的刚性模态和弹性模态极易发生耦合失稳现象。轴向载荷作用下其结构刚度特性会发生变化,进一步降低其稳定性。使用有限元方法分析了大长细比导弹在轴向载荷作用下的结构刚度特性。采用当地流活塞理论计算弹性体变形的气动力,耦合结构运动方程,基于模态坐标在状态空间内实现结构运动方程的特征值分析和时域求解,研究轴向载荷对大长细比导弹稳定性的影响。研究发现:大轴向过载作用下,大长细比导弹的刚性模态和弹性模态将出现耦合失稳,且随着轴向过载的增加,弹体的结构刚度特性下降,失稳速度降低。 展开更多

关键词 兵器科学与技术 大长细比 导弹 当地流活塞理论 轴向载荷 耦合失稳

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弹性变形对大长细比导弹纵向稳定性的影响 被引量：1

14

作者 全景阁 张伟伟 叶正寅 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2016年第4期13-16,19,共5页

综合考虑飞行动力学和气动弹性力学的相互影响,基于结构弹性模态和刚体飞行模态,耦合求解非定常气动力和结构动力学模型,研究大长细比导弹受弹性变形影响时的纵向稳定性。研究发现,大长细比导弹的弹性特征明显,结构弹性变形和刚体运动... 综合考虑飞行动力学和气动弹性力学的相互影响,基于结构弹性模态和刚体飞行模态,耦合求解非定常气动力和结构动力学模型,研究大长细比导弹受弹性变形影响时的纵向稳定性。研究发现,大长细比导弹的弹性特征明显,结构弹性变形和刚体运动之间的相互影响不容忽视,分析大长细比导弹稳定性时需要将结构弹性变形与刚体运动统一起来进行研究。考虑刚体俯仰模态后,导弹的稳定性发生显著变化,系统由稳定变为不稳定,在较低动压下系统失稳,主要表现为俯仰模态的静失稳发散。来流动压和结构刚度会影响大长细比导弹的纵向稳定性。 展开更多

关键词 大长细比 导弹 弹性变形 稳定性 飞行动力学 当地流活塞理论

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高超声速全动舵面的热气动弹性研究 被引量：9

15

作者 杨享文 武洁 +1 位作者 叶坤 叶正寅 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第4期626-630,共5页

根据分层求解原理对考虑舵轴及舵轴与机身间隙影响下的高超声速飞行器全动舵面进行了热气动弹性分析.采用计算流体力学(CFD)方法求解N--S方程计算舵面周围的热环境,在该温度分布下根据结构壁面温度计算热流,应用傅里叶(Fourier)定律确... 根据分层求解原理对考虑舵轴及舵轴与机身间隙影响下的高超声速飞行器全动舵面进行了热气动弹性分析.采用计算流体力学(CFD)方法求解N--S方程计算舵面周围的热环境,在该温度分布下根据结构壁面温度计算热流,应用傅里叶(Fourier)定律确定结构热传导过程及其内部温度分布,进而分析结构考虑热应力和温度对材料属性的影响下的模态固有特性,结合基于CFD技术的当地流活塞理论,在状态空间中对舵面进行了热气动弹性分析.结果表明,气动加热效应改变了结构的固有频率以及弯扭耦合频率之间的间距,进而改变了结构的颤振速度和颤振频率;随着热传导的进行,结构固有频率和颤振频率先快速减小后基本保持不变,弯扭耦合频率之间的间距和颤振速度则先快速减小后略有上升;舵轴及舵轴与机身间隙的存在对舵面的固有频率、颤振频率、颤振速度都产生了影响,使其最大下降了6%. 展开更多

关键词 高超声速流动 气动加热 热气动弹性 当地流活塞理论

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身-翼-舵组合体高超声速变攻角颤振计算 被引量：3

16

作者 刘超峰 李海东 杨炳渊 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期1663-1669,共7页

推广和发展了原来只能用于二维升力面的当地流活塞理论,形成可解决包括弹身、弹翼、舵面、身-翼组合体、身-翼-舵组合体大攻角颤振计算的新方法。其中气动力计算采用CFD数值仿真与工程算法相结合的方法,求解结构运动方程时则利用状态空... 推广和发展了原来只能用于二维升力面的当地流活塞理论,形成可解决包括弹身、弹翼、舵面、身-翼组合体、身-翼-舵组合体大攻角颤振计算的新方法。其中气动力计算采用CFD数值仿真与工程算法相结合的方法,求解结构运动方程时则利用状态空间法进行时域仿真。对某身-翼-舵组合体型号的计算表明该型号颤振动压随马赫数和攻角都呈现先增加后下降的变化趋势;在大马赫数和大攻角作用时,颤振动压有明显的下降;在较小攻角状态下颤振动压不降反升,与传统文献报导单独分枝颤振动压随攻角增大而单调下降不同,表明复杂外形组合体的气动弹性稳定性受到多种因素的共同作用,颤振特性更加复杂。计算结果表明弹体稳定性与飞行姿态相关,同时也证明了本文方法在高超声速复杂外形飞行器提气动弹性分析中的有效性。 展开更多

关键词 气动弹性 颤振 高超声速飞行器 当地流活塞理论

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配重位置对全动舵面颤振抑制效果研究 被引量：5

17

作者 史晓鸣 梅睿 +2 位作者 张晓宏 穆希鹏 江玉刚 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期268-272,372,共5页

为了研究配重位置对舵面颤振特性的影响,用有限元方法分析了舵面模态,用当地流活塞理论计算非定常气动力,应用Lagrange方程,建立基于模态坐标的颤振运动方程。研究表明:不同位置配重导致不同的颤振边界,放置于前缘与尖弦交点对提高临界... 为了研究配重位置对舵面颤振特性的影响,用有限元方法分析了舵面模态,用当地流活塞理论计算非定常气动力,应用Lagrange方程,建立基于模态坐标的颤振运动方程。研究表明:不同位置配重导致不同的颤振边界,放置于前缘与尖弦交点对提高临界动压效果最为明显;在工程设计中,不能简单的以质心前移或者增大扭转-弯曲频率比来指导全动舵面的颤振抑制设计,在前缘与根弦交点附近处加配重使得质心前移,甚至会使临界动压下降;配重通过削弱振型的耦合程度来抑制颤振,配重位置应尽量取在前缘与尖弦交点附近,使得弯、扭振型耦合程度削弱。 展开更多

关键词 颤振抑制 配重 舵面 振型 当地流活塞理论

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