● 摘要
在飞行器控制面、折叠结构中存在着间隙、摩擦等非线性现象，非线性的存在不但有可能使飞行器的气动弹性稳定边界估计产生偏差，而且影响了地面振动实验的数据有效性。目前气动弹性的工程应用还是基于模态法的线性分析方法，不能考虑间隙非线性带来的影响。而当前国内外相关的间隙非线性气动弹性研究主要是针对二元翼段进行的，较难推广到实际的工程结构分析中。由于针对间隙非线性的适合工程气动弹性分析的方法缺乏，使得飞行器的设计过于保守，并且常有安全隐患。因此有必要发展合适的面向工程多自由度结构的间隙非线性气动弹性建模与分析方法。
本文主要针对含有结构间隙非线性的气动弹性建模与分析问题，发展适用于工程应用的多自由度结构的非线性气动弹性建模分析方法，探讨间隙非线性对地面振动实验的影响。主要包括以下内容：
1）基于双协调自由界面动态子结构法，发展了一种适用于多自由度工程结构的非线性动力学建模方法。与有限元软件计算方法进行对比，结果表明：基于双协调自由界面的非线性建模方法能够准确计算结构的动力学特性；方法综合效率较高，采用较少的保留模态就能够准确计算结构的低阶固有振动特性；由于非线性刚度可以显式表达在方程中，因此当非线性刚度变化时不需要重新建立动力学模型，简化了计算流程，提高了计算效率。
2）基于子结构建模方法，利用Hilbert变换法和CRP法（Conditoned Reverse Path Method）发展了一种多自由度结构的非线性参数辨识方法。在非线性模型的基础上，基于Hilbert时域和CRP频域辨识方法对非线性参数进行定量识别，设计了间隙已知的标准非线性振动实验模型并进行了地面振动实验，通过仿真与实验发现：基于Hilbert变换法和CRP法对仿真系统进行非线性参数辨识具有较高的精度，基于实验数据辨识得到的非线性参数满足工程精度要求。
3）基于非线性动力学建模方法，引入非定常气动力，建立了一种间隙非线性气动弹性建模方法。在这种方法中，当非线性刚度发生改变时不需要重新计算非定常气动力。通过对典型的机副翼模型进行非线性气动弹性分析表明，方法能够有效计算典型工程结构的非线性气动弹性特性，同时气流参数和控制面偏转角对本文模型的气动弹性特性具有重要影响。
基于子结构法建立了舵系统的非线性气动弹性方程，在方程中能够同时考虑复刚度和非线性刚度的影响，计算结果表明，非线性的存在将使结构表现出极限环振荡等非线性现象，使舵面在不同舵指令情况下产生不同响应，并影响了结构的气动弹性稳定边界。
本文发展的间隙非线性气动弹性建模分析方法适用于一般的折叠、全动、控制面等典型工程结构，能够为相关的气动弹性分析提供有效的手段。