现代大型民用飞机在概念设计阶段需要对机体弹性的影响进行充分考虑。本文利用气动和结构各自学科的工程方法对大型民用飞机概念方案进行气动弹性建模与计算,利用全速势方法进行初步气动载荷分析,利用亚声速偶极子格网法进行非定常气动力的计算,利用梁架模型和刚度缩比方法对结构进行初步建模,利用统计方法计算得到各结构部件的分类重量并在结构模型中完成质量分配,形成可用于概念方案阶段静气弹载荷分析、颤振分析的气动弹性模型,并以大型民用飞机为算例进行分析研究,得到结构弹性对于全机气动特性、变形以及颤振特性的影响。

机翼在后缘操纵面带有大偏角时会发生一定程度的气流分离。采用计算流体力学方法计算大偏角操纵面上的气动力,并以此对采用偶极子格网法得到的气动力进行修正,进而进行机翼颤振分析。算例结果显示,气动力修正并不改变操纵面颤振模态的耦合类型,主导颤振的模态仍为机翼一弯和外段操纵面旋转;考虑操纵面偏转情况下的气动力修正后,计算得到的颤振速度比气动力未修正的结果高。

研究气动弹性问题的主要手段有数值计算、风洞试验和飞行试验三种,气动弹性风洞试验具有可靠性高(相比数值计算)和代价低(相比飞行试验)等优势,已成为航空航天飞行器气动弹性性能评估和校核的重要手段。以亚声速和跨声速气动弹性风洞试验技术为主,分别从静气动弹性、颤振和阵风试验三个角度,阐述了国内外在模型设计、数据采集处理、模型支撑、阵风发生装置、阵风载荷减缓等方面开展的主要研究工作,总结了气动弹性风洞试验在飞行器研制中的重要意义,并对我国未来气动弹性试验能力的发展提出几点建议。

颤振预测被认为是目前最具潜力的辨识方法,但预测方面具有一定的复杂参数限制性,因此介绍了一种有效的辨识方法—运行条件下的变速刀尖频率响应函数法（FRF）。所提出的方法是基于颤振极限（即颤振频率和相关切割深度）条件下的验证测试来实现的。依据实验结果和预测的颤振极限相比较,将其之间的差异最小化,最终用GA算法计算出速度变化的频率响应函数。此方法所得到的结果符合预期的线性趋势,证明了在预测无颤振切割参数方面是准确的。

针对切削加工中的颤振问题,以铣削加工Al-7075为例,通过刀尖模态分析、模态参数识别,获得了铣削加工Al-7075的颤振稳定性叶瓣图(Lobes图)。通过设计信号采集实验,对颤振电压信号和铣削力信号进行采集并对颤振进行实验表征,进而验证稳定域预测的准确性。研究表明,切削加工Al-7075过程中,颤振易发生在低转速区,提高主轴转速及合理加大轴向切深可提高生产率和加工质量,从而验证了Lobes图中稳定域预测的有效性。

在详细分析电液比例阀动态性能的基础上,给出了颤振信号需要根据输入控制信号的大小调节振幅和频率的原因。针对感性负载的特点,对颤振信号的形成进行了理论分析,提出了颤振信号的具体实现方法;导出了使用软件方式实现带有颤振功能PWM信号输出的运算表达式,并通过编程由单片机的中断服务功能实现了对功率放大电路的输出控制,以驱动电液比例阀。通过在线仿真和实物验证,在控制信号的基础上叠加颤振信号,有利于改善电液比例阀的响应速度和灵敏度。

在分析电液比例阀静态特性的基础上，设计了控制器的硬件电路，提出了一种利用PWM信号产生阶跃信号的新方法，通过PWM信号占空比的阶梯式变化解决了被控系统压力或速度的无冲击过渡，有利于简化硬件电路。同时，给比例电磁铁施加一定的颤振信号和先导电流可以改善阀心的动态性能并减小流量死区。根据晶体管参数随温度变化会引起温度漂移的缺点，对传统的功率放大电路进行了改进，在一定程度上抑制了温度漂移。经过在线仿真和实物实验，验证了控制器的硬件电路设计的有效性和正确性，提高了其精度和稳定性。

脉宽调制（ PWM）技术以其高效、灵活和抗干扰能力强的特点被广泛应用在电液比例控制系统中。由于磁铁材料的磁滞和运动产生的摩擦力导致电液比例阀稳态特性存在明显的滞环现象，严重影响了电液比例阀的动态响应性能，改善滞环比较有效的方法是在驱动信号中叠加一定频率和振幅的颤振信号。针对反接卸荷式驱动电路的特点，详细分析了±24 V脉宽调制信号在电液比例控制中存在的寄生颤振，另外，根据实验得出，在高频状态下通过改变PWM波的频率可以实现频率和幅度均独立可调的颤振信号，同时该颤振叠加方式使得电磁铁平均电流和颤振电流分别受PWM占空比和PWM频率独立调节。

针对气动比例阀的摩擦力是造成其死区的主要因素，分析了比例阀摩擦力的产生原因。根据振动对摩擦力的影响，对气动比例阀叠加高频低幅颤振信号进行摩擦力补偿的机理进行了研究，并基于软件VC＋＋和LabVIEW开发出摩擦力颤振补偿器。实验结果表明，通过在控制信号上叠加高频低幅的颤振信号，使阀芯始终处于微小振动状态，可以有效克服比例阀摩擦力，消除爬行现象，缩短滞后时间。该补偿方法具有较高的工程应用价值。

摩擦可以使伺服比例系统的稳态和动态特性具有死区和滞环，机械润滑可降低伺服阀阀芯与阀芯腔之间的最大静摩擦力，从而提高伺服比例系统的响应性能及控制精度。通过对机械润滑机理进行分析，对产生机械润滑的颤动电路的设计及其调节进行了介绍，在此基础上还对其在伺服比例系统的应用效果进行了理论分析和试验验证。