飛行器結構動力學

西北工業大學航天學院飛行器設計工程系第1章概論

1ppt課件飛行器結構動力學西北工業大學航天學院第1章概

西北工業大學第1章概論飛行器結構動力學2ppt課件西北工業大學第1章概論飛行器結構動力學第1章概論1.4振動的類型

1.5振動的表示方法

1.6振動的頻譜

第1章概論1.1飛行器結構動力學的目的與任務

1.2動力問題的基本特性1.3基本研究方法與分析模型3ppt課件第1章概論1.4振動的類型1.5振動的表示方第1章概論1.1飛行器結構動力學的目的與任務

4ppt課件第1章概論1.1飛行器結構動力學的目的與任務4就是研究這種具體系統的振動特性和響應的分析方法與特點，以保證飛行器結構安全可靠、性能適當和具有足夠的使用壽命。1.1飛行器結構動力學的目的與任務結構動力學問題主要有以下幾個方面：目的：

外激勵的分析與確定主要激勵源有發動機推力、射流噪聲、附面層噪聲、控制力、陣風、飛行階段的轉換(點火、發射、分離、熄火、著陸）、爆炸激勵以及運輸、裝卸造成的激勵等等。這些激勵有確定性的，也有隨機性的。5ppt課件就是研究這種具體系統的振動特性和響應的分析方法與特點，以保證1.1飛行器結構動力學的目的與任務

動態響應計算，結構動穩定性分析，結構與飛行器其他系統（例如控制系統、燃料輸送系統等）的耦合干擾分析，都是以結構動態固有特性為基本的原始數據。固有特性分析的基本內容是，在建立結構動態分析模型的基礎上進行結構固有頻率及其相應振型的計算。此項工作的分析精度在一定程度上影響著許多設計環節的有效性。

結構振動固有特性分析6ppt課件1.1飛行器結構動力學的目的與任務動態響應計1.1飛行器結構動力學的目的與任務

在飛行器設計過程中，這項工作是反復進行的。其主要內容是確定結構在外激勵下產生的輸出。激勵和輸出可以是力、位移或加速度。掌握這些參量在飛行器工作過程中隨時間變化的規律，是對結構進行動強度、剛度及艙內設備空間余量設計的必要條件，并在很大程度上影響著艙內敏感元件固定方式與合理位置的確定等。因此，本課題在飛行器結構動力學中是研究得最活躍的領域之一。

結構動態晌應計算7ppt課件1.1飛行器結構動力學的目的與任務在飛行器設計過1.1飛行器結構動力學的目的與任務

當飛行器在飛行中受到外激勵的作用產生振動時，隨著彈性變形的不斷變化，必然會引起附加的空氣動力。在空氣動力、變形所引起的彈性恢復力和振動所伴隨的慣性力的聯合作用下，當飛行速度達到某一特定值時，會出現空氣動力面振幅迅速擴大而在幾秒鐘內導致破壞的危險現象。我們把這種自激振動稱為顫振。

氣動彈性分析8ppt課件1.1飛行器結構動力學的目的與任務當飛行1.1飛行器結構動力學的目的與任務

飛行器結構與其他系統的動力學耦合問題（如飛行器結構與推進系統耦合產生的POGO問題）；保證飛行器乘員舒適性的問題；液體燃料火箭的燃油晃動問題等。

其他問題9ppt課件1.1飛行器結構動力學的目的與任務飛行器結構與其1.1飛行器結構動力學的目的與任務

分為以下四方面的基本課題：1．振動設計問題。已知輸入，要求設計出系統的振動特性，使得它的動態響應滿足設計要求。2．動環境預測問題。已知系統的動態特性和輸出，研究其輸入特性。3．系統識別問題。通過已知的輸入與輸出來識別系統本身的動態特性與物理參量。4．已知系統特性和輸入，求系統的輸出，稱為動力響應分析。10ppt課件1.1飛行器結構動力學的目的與任務分為以下四方1.2動力學問題的基本特性第1章概論11ppt課件1.2動力學問題的基本特性第1章概論11ppt課1.2動力學問題的基本特性1.動力問題都包含時間變量2.慣性力的存在

主要表現在兩個方面：12ppt課件1.2動力學問題的基本特性1.動力問題都包含時間變量主1.3基本研究方法與分析模型第1章概論13ppt課件1.3基本研究方法與分析模型第1章概論13ppt1.3基本研究方法與分析模型最基本的分析模型有兩大類：連續系統模型離散系統模型14ppt課件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：連續第1章概論1.4振動的類型15ppt課件第1章概論1.4振動的類型15ppt課件4振動的類型

振動過程是指振動位移、速度、加速度、力和應變等機械量隨時間的變化歷程。對振動過程，按不同的標準有多種分類方法。

a.16ppt課件4振動的類型振動過程是指振動位移、速度、加速度、

b.4振動的類型17ppt課件b.4振動的類型17ppt課件

c.4振動的類型圖1.118ppt課件c.4振動的類型圖1.118ppt課件第1章概論1.5振動的表示方法19ppt課件第1章概論1.5振動的表示方法19ppt課件

振動方程

周期與頻率

周期

頻率

復矢量表示簡諧振動

當某一機械量x隨時間t按正弦或余弦規律變化時，稱之為簡諧振動過程。1.5振動的表示方法（1-1）

（1-2）20ppt課件振動方程周期與頻率周期頻率復矢量表

旋轉復矢量與簡諧振動的關系1.5振動的表示方法（1-3）（1-4）稱旋轉復矢量為復振動。進而可以寫成以下形式21ppt課件旋轉復矢量與簡諧振動的關系1.5振動的表示方法（1

用復振動表示簡諧過程，使許多振動問題的分析或運算得到簡化，如用復振動表示的簡諧振動的位移、速度及加速度之間的關系為

上述三式表明，復振動的速度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振動的表示方法（1-7）（1-6）（1-5）22ppt課件用復振動表示簡諧過程，使許多振動問題的分析或第1章概論1.6振動的頻譜23ppt課件第1章概論1.6振動的頻譜23ppt課件1.6振動的頻譜其中

在數學上，周期函數可展為傅里葉三角級數，設x(t)=x(t+kT),k為整數，并令,則有（1-8）24ppt課件1.6振動的頻譜其中在數學上，周期函數可展也可寫成其中1.6振動的頻譜（1-9）（1-10）

（1-11）25ppt課件也可寫成其中1.6振動的頻譜（1-9）（1-10）（1

可見，一個周期振動過程可視為頻率順次為基頻ω1

及其整數倍的若干或無數簡諧振動分量的合成振動過程。

以f（或ω）為橫坐標，cn和φn為縱坐標，得到的cn－f和φn

－f圖分別稱為幅值譜和相位譜，統稱為傅里葉頻譜。

這些分量依據n=1，2，3,…分別稱為基頻分量、二倍頻分量、三倍頻分量等。基頻分量有時稱為基波，n倍頻分量則稱為n次諧波。

周期函數的的頻譜總是由若干沿f軸離散分布的普線組成，普線長度分別代表頻率分量的幅值和初相位。1.6振動的頻譜

正如簡諧振動可以用復振動表示，周期振動也可采用復指數形式的傅里葉級數。

26ppt課件可見，一個周期振動過程可視為頻率順次為基頻ω1及其整根據歐拉公式可知

將其代入（1-8）式，得

令（1-12）（1-13）

傅里葉級數的復指數形式

1.6振動的頻譜27ppt課件根據歐拉公式可知將其代入（1-8）式，得令（1-

則（1-12）可寫為

（1-14）（1-15）

（1-14）和（1-15）即為傅里葉級數的復指數形式。1.6振動的頻譜28ppt課件則（1-12）可寫為（1-14）（1-15將上式中的方括號中