飛行器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué).課件

1、飛行器 結(jié) 構(gòu) 動(dòng) 力 學(xué) 主講教師文立華西北工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院飛行器設(shè)計(jì)工程系第1章 概 論 西北工業(yè)大學(xué)第1章 概 論 飛行器結(jié) 構(gòu) 動(dòng) 力 學(xué) 第1章 概 論 1.4 振動(dòng)的類型 1.5 振動(dòng)的表示方法 1.6 振動(dòng)的頻譜 第1章 概 論 1.1 飛行器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的目的與任務(wù) 1.2 動(dòng)力問(wèn)題的基本特性1.3 基本研究方法與分析模型第1章 概 論 1.1 飛行器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的目的與任務(wù) 就是研究這種具體系統(tǒng)的振動(dòng)特性和響應(yīng)的分析方法與特點(diǎn)，以保證飛行器結(jié)構(gòu)安全可靠、性能適當(dāng)和具有足夠的使用壽命。1.1 飛行器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的目的與任務(wù) 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題主要有以下幾個(gè)方面：目的： 外激勵(lì)的分析與確定

2、主要激勵(lì)源有發(fā)動(dòng)機(jī)推力、射流噪聲、附面層噪聲、控制力、陣風(fēng)、飛行階段的轉(zhuǎn)換(點(diǎn)火、發(fā)射、分離、熄火、著陸）、爆炸激勵(lì)以及運(yùn)輸、裝卸造成的激勵(lì)等等。這些激勵(lì)有確定性的，也有隨機(jī)性的。1.1 飛行器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的目的與任務(wù) 動(dòng)態(tài)響應(yīng)計(jì)算，結(jié)構(gòu)動(dòng)穩(wěn)定性分析，結(jié)構(gòu)與飛行器其他系統(tǒng)（例如控制系統(tǒng)、燃料輸送系統(tǒng)等）的耦合干擾分析，都是以結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)固有特性為基本的原始數(shù)據(jù)。固有特性分析的基本內(nèi)容是，在建立結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)固有頻率及其相應(yīng)振型的計(jì)算。此項(xiàng)工作的分析精度在一定程度上影響著許多設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的有效性。 結(jié)構(gòu)振動(dòng)固有特性分析1.1 飛行器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的目的與任務(wù) 在飛行器設(shè)計(jì)過(guò)程中，這項(xiàng)工作是反

3、復(fù)進(jìn)行的。其主要內(nèi)容是確定結(jié)構(gòu)在外激勵(lì)下產(chǎn)生的輸出。激勵(lì)和輸出可以是力、位移或加速度。掌握這些參量在飛行器工作過(guò)程中隨時(shí)間變化的規(guī)律，是對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)強(qiáng)度、剛度及艙內(nèi)設(shè)備空間余量設(shè)計(jì)的必要條件，并在很大程度上影響著艙內(nèi)敏感元件固定方式與合理位置的確定等。因此，本課題在飛行器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)中是研究得最活躍的領(lǐng)域之一。 結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)晌應(yīng)計(jì)算1.1 飛行器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的目的與任務(wù) 當(dāng)飛行器在飛行中受到外激勵(lì)的作用產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，隨著彈性變形的不斷變化，必然會(huì)引起附加的空氣動(dòng)力。在空氣動(dòng)力、變形所引起的彈性恢復(fù)力和振動(dòng)所伴隨的慣性力的聯(lián)合作用下，當(dāng)飛行速度達(dá)到某一特定值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)空氣動(dòng)力面振幅迅速擴(kuò)大而在幾秒鐘內(nèi)導(dǎo)致

4、破壞的危險(xiǎn)現(xiàn)象。我們把這種自激振動(dòng)稱為顫振。 氣動(dòng)彈性分析1.1 飛行器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的目的與任務(wù) 飛行器結(jié)構(gòu)與其他系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)耦合問(wèn)題（如飛行器結(jié)構(gòu)與推進(jìn)系統(tǒng)耦合產(chǎn)生的 POGO 問(wèn)題）；保證飛行器乘員舒適性的問(wèn)題；液體燃料火箭的燃油晃動(dòng)問(wèn)題等。 其他問(wèn)題1.1 飛行器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的目的與任務(wù) 分為以下四方面的基本課題：1振動(dòng)設(shè)計(jì)問(wèn)題。已知輸入，要求設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的振動(dòng)特性，使得它的動(dòng)態(tài)響應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。2動(dòng)環(huán)境預(yù)測(cè)問(wèn)題。已知系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和輸出，研究其輸入特性。3系統(tǒng)識(shí)別問(wèn)題。通過(guò)已知的輸入與輸出來(lái)識(shí)別系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)特性與物理參量。 4已知系統(tǒng)特性和輸入，求系統(tǒng)的輸出，稱為動(dòng)力響應(yīng)分析 。1.2 動(dòng)

5、力學(xué)問(wèn)題的基本特性第1章 概 論 1.2 動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的基本特性1. 動(dòng)力問(wèn)題都包含時(shí)間變量2. 慣性力的存在 主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：1.3 基本研究方法與分析模型第1章 概 論 1.3 基本研究方法與分析模型最基本的分析模型有兩大類：連續(xù)系統(tǒng)模型離散系統(tǒng)模型第1章 概 論 1.4 振動(dòng)的類型 4 振動(dòng)的類型 振動(dòng)過(guò)程是指振動(dòng)位移、速度、加速度、力和應(yīng)變等機(jī)械量隨時(shí)間的變化歷程。對(duì)振動(dòng)過(guò)程，按不同的標(biāo)準(zhǔn)有多種分類方法。 a. b.4 振動(dòng)的類型 c.4 振動(dòng)的類型圖1.1第1章 概 論 1.5 振動(dòng)的表示方法 振動(dòng)方程 周期與頻率周期頻率 復(fù)矢量表示簡(jiǎn)諧振動(dòng) 當(dāng)某一機(jī)械量 x隨時(shí)間t按正弦或余弦規(guī)

6、律變化時(shí)，稱之為簡(jiǎn)諧振動(dòng)過(guò)程。 1.5 振動(dòng)的表示方法 （1-1） （1-2） 旋轉(zhuǎn)復(fù)矢量與簡(jiǎn)諧振動(dòng)的關(guān)系1.5 振動(dòng)的表示方法 （1-3）（1-4）稱旋轉(zhuǎn)復(fù)矢量 為復(fù)振動(dòng)。進(jìn)而可以寫成以下形式 用復(fù)振動(dòng)表示簡(jiǎn)諧過(guò)程，使許多振動(dòng)問(wèn)題的分析或運(yùn)算得到簡(jiǎn)化，如用復(fù)振動(dòng)表示的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的位移 、速度 及加速度 之間的關(guān)系為 上述三式表明，復(fù)振動(dòng)的速度v(t)比位移x(t)在相位上超前 ；加速度a(t)又比速度v(t) 超前 .1.5 振動(dòng)的表示方法 （1-7）（1-6）（1-5）第1章 概 論 1.6 振動(dòng)的頻譜 1.6 振動(dòng)的頻譜其中 在數(shù)學(xué)上，周期函數(shù)可展為傅里葉三角級(jí)數(shù)，設(shè)x(t)=x(t+kT

7、), k為整數(shù)，并令 , 則有（1-8）也可寫成其中1.6 振動(dòng)的頻譜（1-9）（1-10） （1-11） 可見(jiàn)，一個(gè)周期振動(dòng)過(guò)程可視為頻率順次為基頻1 及其整數(shù)倍的若干或無(wú)數(shù)簡(jiǎn)諧振動(dòng)分量的合成振動(dòng)過(guò)程。 以f（或 ）為橫坐標(biāo)， cn和n為縱坐標(biāo)，得到的 cnf 和 n f 圖分別稱為幅值譜和相位譜，統(tǒng)稱為傅里葉頻譜。 這些分量依據(jù)n =1，2，3, 分別稱為基頻分量、二倍頻分量、三倍頻分量等。基頻分量有時(shí)稱為基波，n倍頻分量則稱為n次諧波。 周期函數(shù)的的頻譜總是由若干沿f軸離散分布的普線組成，普線長(zhǎng)度分別代表頻率分量的幅值和初相位。1.6 振動(dòng)的頻譜 正如簡(jiǎn)諧振動(dòng)可以用復(fù)振動(dòng)表示，周期振動(dòng)也可采用復(fù)指數(shù)形式的傅里葉級(jí)數(shù)。 根據(jù)歐拉公式可知 將其代入（1-8）式，得 令（1-12）（1-13） 傅里葉級(jí)數(shù)的復(fù)指數(shù)形式 1.6 振動(dòng)的頻譜 則（1-12）可寫為 （1-14）（1-15） （1-14）和（1-15）即為傅里葉級(jí)