氣動載荷沿弦長分布規律?“空氣動力學”不少人聽說過，可提到“氣動彈性”這個專業名詞，估計大多數人都很陌生它看不見、摸不着，但生活中處處能捕捉到它的影子迎風飄揚的紅旗、風中晃動的電線、遭遇氣流颠簸的飛機……這些都是氣動彈性現象，接下來我們就來聊聊關于氣動載荷沿弦長分布規律?以下内容大家不妨參考一二希望能幫到您!

氣動載荷沿弦長分布規律

“空氣動力學”不少人聽說過，可提到“氣動彈性”這個專業名詞，估計大多數人都很陌生。它看不見、摸不着，但生活中處處能捕捉到它的影子。迎風飄揚的紅旗、風中晃動的電線、遭遇氣流颠簸的飛機……這些都是氣動彈性現象。

衆所周知，飛機是通過發動機産生的推力轉換成機翼升力來實現空中飛行。戰機為了在空中格鬥中占據優勢，需要在高速飛行狀态下完成各種眼花缭亂的機動翻滾動作。這時，氣動彈性效應會使機翼發生變形和劇烈抖動，如果飛行員操作不當，可能會導緻飛機失控，甚至墜毀。

因此，如何高效控制氣動彈性，如何讓飛機與氣流“和平相處”，同時變不利為有利，利用氣動彈性提升飛機性能，就成了飛行器研究領域一個無法回避、必須應對的課題。

顫振，飛機事故的制造者

說到飛行第一人，大多數人腦海中都會浮現出一個名字——萊特兄弟。其實，在萊特兄弟試飛前9天，美國“航空先驅”蘭利教授也進行了一次飛行試驗。

遺憾的是，他的“空中旅行者”号飛機在起飛沒多久，因氣動彈性效應機翼發生變形折斷，最終在飛行1006米後墜落水面，人類曆史上第一次有動力的飛行試驗失敗了。

那時，蘭利教授非常苦惱，百思不得其解。9天後，萊特兄弟的飛機試飛成功，報紙廣泛報道了這則新聞，萊特兄弟一夜紅遍美國，而蘭利教授的這次失敗很快淡出人們的視野。然而，從蘭利試飛的角度上看，氣動彈性伴随着飛行器發展的全過程，是不争的事實。

鬥轉星移。當體驗過飛行的快感，人類便一發不可收拾。一戰爆發後，軍用飛機的投入使用，更是加速了這一進程。與此同時，機翼顫振問題變得更加突出，不少新型飛機因此折翅空天。

顫振是飛機氣動彈性力學中最重要也是最難以準确預判的一種現象。飛機飛行到一定速度後，周遭氣流和機體相互作用會引起劇烈振動，出現顫振現象。如果飛機進入顫振狀态後，振動幅度不斷加大，機翼結構就會損壞。

一戰時，英軍和德軍的轟炸機在高速俯沖過程中，尾翼時常發生劇烈的顫振現象，不少轟炸機失去控制，最終墜毀。

德國曾有兩種戰鬥機因顫振問題發生了緻命事故：一種是“信天翁”D.Ⅲ飛機，另一種是“福克”D.Ⅷ飛機。後者是一種懸臂式單翼機，投入戰争後接二連三地在高速俯沖時，發生顫振墜毀事故。

為此，設計師對“福克”D.Ⅷ的機翼進行了強度試驗，結論是其強度足以承受6倍設計載荷。這時，設計師意識到，一味地增強飛機機翼在靜止狀态下的強度，而不去考慮飛行振動時的強度，是無法解決這個問題的。

但是，囿于當時人類航空工業技術薄弱，以至于發現了飛機顫振問題，卻沒有能力搞清機理并徹底解決，設計師隻能以增加結構重量提高飛機的強度，回避顫振問題。

二戰期間，出現了第一批超音速飛機，人類飛行進入超音速時代。一些設計師為了追求速度，想方設法降低機翼的重量。随之帶來的後果是，機翼抗變形能力随之減弱，飛機顫振現象再次凸顯。

氣動彈性力學作為一個分支學科，也正是在那個年代初步形成的。氣動彈性力學工程師要做的是，減少顫振現象對飛機的影響，提高飛機飛行速度和安全性。

與其對抗扭轉效應，不如利用氣動彈性

“流動的空氣是如何影響飛機的？”德國哥廷根氣動彈性研究所是該方向全球領先的機構，他們很早就開始了氣動彈性力學的研究，并取得了不少成果。

那個困擾蘭利教授的墜機之謎，終于有了更為清晰的答案——

現實中，沒有物體是完全剛性的，這點尤其體現在飛機機翼上。為了安全航行，氣動彈性是非常重要的考量，氣動彈性力學就是專門用來研究這個問題的。飛機在飛行過程中，氣流會給機翼向上的升力讓其向上傾斜，如果機翼不能自然彎曲就會導緻飛行事故的發生。

蘭利教授設計的單翼機，機翼容易發生扭轉，因此受到氣動彈性的不利影響較大，而萊特兄弟設計的雙翼柔性機，無形中避免了氣動彈性的不利影響，實現了人類首次飛行。

蘭利教授敗于氣動彈性之手，萊特兄弟卻功成于此。若不是氣動彈性問題，蘭利教授可能要取代萊特兄弟成為飛行第一人。

1964年，B-52轟炸機在一次低空高速飛行時遭遇強烈陣風，導緻飛機垂尾被毀。設計師試圖再次提高飛機結構強度，對抗扭轉效應來減少變形，可任憑他們把當時最先進的材料強度提高一倍，也無法徹底解決問題。

該事故促使科研人員開展了一系列有關氣動彈性的理論研究和試驗工作。

當年，萊特兄弟通過觀察，發現秃鷹在空中飛行時，可以通過翅膀末端的小幅度扭轉，來調整飛行時的縱向平衡。萊特兄弟受到秃鷹的啟發，發明了機翼操縱技術。

國外一家公司的科研人員受到萊特兄弟啟發，提出了一種想法：既然機翼可以按照各種方式彎曲，那麼與其去對抗扭轉效應，不如對其加以充分利用。

改進後的B-52轟炸機，采用了主動氣動彈性技術，飛行速度得到了極大提升，順利完成了世界首次超過自身顫振臨界速度的飛行。

随着主動氣動彈性技術發展，飛機設計理念也實現重大轉變。20世紀90年代，國外開始實施“主動氣動彈性機翼計劃”。主動氣動彈性機翼是指可以進行大幅度氣動扭轉的機翼，通過讓機翼産生期望的彈性變形，使得變形的機翼産生操縱力，最終控制飛機飛行。

最終試驗結果表明，主動氣動彈性技術可在一定程度上提高飛機顫振臨界速度、減輕自身重量和減少機動載荷。

綁上“安全帶”，讓戰機飛得更快更輕盈

經常乘坐飛機的人，一般都經曆過“亂流”。“亂流”不同于正常風，大氣中的“亂流”也叫陣風，會引起飛機劇烈颠簸，嚴重時乘客會從座椅上彈起來，這也就是飛機上大家都要系好安全帶的緣故。

随着主動控制技術發展，飛機結構設計理念已由提高結構剛度的被動設計轉變為随控布局的主動設計。主動設計理念不再刻意回避氣動彈性問題，而是采用主動控制技術實時調節結構氣動彈性，進而減輕結構重量、優化飛機性能。

主動氣動彈性技術，通過讓飛機舵面主動偏轉，減少颠簸，就像給飛機綁上“安全帶”，極大增加了乘坐者的舒适感。

世界民航史上，一家國外企業把主動氣動彈性技術應用到客機上，當時該技術為客機節省了3％的燃油，在民機發展史上具有重要意義。

在長達幾十年研究試驗中，設計師發現飛機氣動彈性設計是涉及空氣動力學等多個學科的一項綜合技術，是當代先進戰鬥機研制過程中不可或缺的關鍵技術之一。

例如，外軍一型戰鬥機多次出現尾翼顫振現象，飛機制造企業通過在垂尾根部和機翼前緣增加小導流片的方式，利用主動氣動彈性技術，解決了這個問題，并将主動控制技術成功應用到該型戰鬥機的批量生産上。

不僅如此，這家企業還牽頭發起了一項國際合作計劃，對另外兩型戰鬥機進行了試驗，為主動氣動彈性技術在不同型号戰鬥機上的運用，積累了詳細的數據。

毫無疑問，采用主動氣動彈性技術的戰鬥機将會變得更加輕盈，并在整體性能上有一個質的飛躍，在大幅度提高飛機的速度和燃油效率的同時，增加了航程和載荷能力。

現代戰機多采用薄機翼和細長機身的設計，并且為了增加推重比，要求盡量降低結構重量，氣動彈性問題成為飛機各個翼面和操縱系統的一個臨界設計條件，也是飛機總體設計過程中和空氣動力布局中不容忽視的因素。

對于戰鬥機而言，機翼結構重量的減輕能進一步提高戰鬥機的推重比，提高機動敏捷性，顯著增強格鬥能力和生存能力。而飛機通過對周圍環境的感知及時調整機翼形狀，來适應當時的飛行條件，有利于降低雷達信号特征，增強飛機“隐身性”。

有了這項技術，戰鬥機可以完成更多高難度的規避動作，更快速地執行拉高升起，甚至可以躲避導彈攻擊。未來，結合變體技術，飛機有可能真的像鳥一樣，飛行自如，随意調節翅膀展開的形狀和方向——巡航時展開雙翅，降落時迅速收攏翅膀，快速俯沖。

上圖：國外一架驗證機試飛探索氣動彈性問題。 資料圖片

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