[科普中國]-非定?？諝鈩恿W

發(fā)展沿革

非定?？諝鈩恿W是研究物體相對于空氣的運動隨時間變化時，物體的空氣動力變化規(guī)律的學科。20世紀20年代初，人們從飛機墜落事故中認識到氣動力、彈性力和慣性力三者的耦合現(xiàn)象──機翼顫振，非定?？諝鈩恿W也隨之開始。

30年代末，二維振蕩機翼非定常氣動力理論趨于成熟，奠定了整個學科的基礎。隨著飛機速度的提高，又出現(xiàn)了許多新的氣動現(xiàn)象，這使非定常空氣動力學研究的內(nèi)容得到了擴充。

60年代以后，振蕩機翼非定常氣動力理論得到突破，由二維發(fā)展到三維，由亞音速進入到跨音速和超音速，由單獨翼面擴展到多部件氣動。 2

分類非定?？諝鈩恿Π雌涮卣骺梢苑譃槿?。振蕩型：運動特征隨時間呈現(xiàn)周期性的變化，如飛機的顫振、嗡鳴等；瞬變型：運動特征隨時間呈現(xiàn)非周期性的突然變化，如飛機的機動飛行等； 隨機型：運動特征隨時間呈現(xiàn)不規(guī)則的隨機性變化，如飛機的失速、抖振、湍流尾跡等。非定常空氣動力學是空氣動力學的主要發(fā)展方向，但由于理論方法的局限，大量的非定常氣動問題還需要通過實驗來解決。2

特點非定?？諝鈩恿W研究與時間相關的空氣動力學問題。它比相應的定常問題不僅多了一個自變量，而且本質(zhì)上要復雜得多：首先，每一時刻得非定常氣動力既依賴于當時得氣流狀況，又依賴于前一段時間內(nèi)氣流運動得整個時間歷程；其次，非定常氣動力是個動態(tài)過程，它必然與物體得慣性荷彈性耦合起來，構成復雜的氣動彈性動力學問題。這樣一來，就給解決非定常氣動力問題帶來了困難：

①對于流動機理比較清楚的問題，需要求出氣動力作用的時間歷程，與相應的定常問題相比，其處理方法較復雜，計算工作量也大得多；

②非定常過程引起了流動圖像的改變，例如激波運動、分離點變化、流態(tài)改變、漩渦脈動等等，高頻與低頻振動兩者的影響不一樣，而且非定常流往往不能搬用定常流的結論，因此出現(xiàn)了不少新現(xiàn)象、新問題；

③多種因素耦合，涉及氣動彈性動力學問題。3

應用非定?？諝鈩恿W正在迅速發(fā)展，主要是由于工程實際問題的推動。飛行器、葉輪機械、受風載的高層建筑和結構等工業(yè)部門都迫切需要用它來解決運動響應和氣動彈性問題。從它所應用的范圍來講，可分為兩個方面：

1、研究剛性飛行器的運動響應，主要指飛行器在擾動下（包括控制面作用下）的動態(tài)穩(wěn)定性和機動性。這是飛行力學所要解決的課題，但要求非定?？諝鈩恿W提供一套動穩(wěn)定性參數(shù)的數(shù)據(jù)。

2、研究彈性物體的結構動力響應，也就是氣動彈性動力學問題。按振動的性質(zhì)，它們僅可分為兩類：氣動彈性動穩(wěn)定性問題（自激振動）和氣動彈性動力響應問題（強迫振動）。3