● 摘要
由于工艺和磨损，全动式操纵面的俯仰自由度不可避免的会同时存在间隙和摩擦。间隙所引起的不稳定现象可能会导致飞行器结构的破坏。摩擦是一种稳定的机制，因而提出了利用摩擦来抑制间隙对操纵面影响的研究思路。所以，有必要研究摩擦对俯仰自由度存在间隙的二元翼面气动弹性特性的影响，以便为操纵面的设计提供理论指导。目前对摩擦在气动弹性领域的研究还非常少。究其原因，人们认为摩擦就是阻尼，都属于稳定机制。但是，从机理上摩擦与粘性阻尼的差异是什么，对气动弹性系统的影响有何区别尚不清楚。
基于二元翼面任意运动非定常气动力，通过数值法和谐波平衡法研究库伦摩擦、滞后弹簧摩擦和迟滞非线性摩擦对翼面气动弹性特性的影响。重点分析带有摩擦的气动弹性系统中初始条件敏感性，以此说明常规动力学方程中粘性阻尼与摩擦的区别，并通过能量表达式阐述造成两者差异的原因。结果显示，库伦摩擦和滞后弹簧摩擦对二元翼面的作用机理相似。增加阻尼或引入库伦摩擦都可以提高颤振速度和减小俯仰振幅。对于只有阻尼的线性系统，初始条件的变化没有改变系统的能量平衡，但库伦摩擦的引入改变系统的能量平衡关系，使得系统颤振速度和颤振频率与初始条件相关。
分析含俯仰间隙非线性二元翼面的颤振特性，并通过等效刚度的概念解释其作用的机理。在此基础上，研究摩擦对含间隙非线性翼面气动弹性特性的影响，并分析摩擦参数和间隙参数的改变对翼面颤振特性的影响。研究表明，间隙使系统响应在来流速度低于线性颤振速度下发生极限环振荡，并且颤振振幅与间隙值呈线性关系。引入库伦摩擦和滞后弹簧摩擦可以有效的提高系统出现极限环振荡的最低来流速度。迟滞非线性摩擦速度项和位移项的作用相当于增加俯仰阻尼和俯仰刚度，两者都能使原本发散的系统响应出现稳定的极限环振荡。