飞行器或其部件在受力变形的过程中会出现结构振动，将振动中的气动力、弹性力和惯性力共同作用下出现的气弹现象成为气动弹性现象，如颤振、抖振等。而颤振和抖振属于两种不同形式的振动：自激振动和强迫振动，二者最大区别就在于是否有周期性外界激励。颤振是一种自激振动，当其存在一个初始扰动，并通过部件与流场的相互迭代作用使得振动发散的过程。而抖振是一种强迫振动，只有当激励频率与结构固有频率相同时才会发生。
一、飞行器气动弹性问题目前的研究方法
由于飞行器设计的总体要求向着轻量化、经济化、安全性等方向发展。基于此，需要对飞行器各部件进行结构优化分析，而结构优化分析需要考虑气动弹性问题。李松林等人[1]通过建立考虑气动弹性的风力机空气动力学模型，优化后的叶片能量系数得到提高并且风机的输出功率提高，为设计出高性能低成本的风力机叶片提供了理论依据。王军利、张东生[2]通过分析后掠机翼在跨音速下静气动弹性特征，为后掠机翼结构优化设计提供了参考。聂雪媛等人[3]根据CFD/CSD一体化设计，采用有限元和CFD耦合的算法，进行了气动弹性分析，验证了其方法的有效性和准确性。汪松柏等人[4]采用了时域法对一级跨音压气机叶片流场和固有体域进行了数值模拟，分析了气动弹力对整机工作的影响。因此可知，气动弹性分析在优化结构、工程应用、整机性能分析中是重要的环节，而通过风洞或其它实验方法计算气动弹性问题不仅消耗大而且时间周期偏长，由于近年来计算机仿真技术迅速发展，因此可以通过仿真模拟的办法对整机、结构进行模态分析得出频率和振型，通过后续模拟流场定量分析力、位移、气动阻尼等参数，本文主要介绍气动弹性问题分析的第一步：如何通过仿真取得构件的静力受载和进行模态计算。
二、ANSYS软件介绍
ANSYS中的静力、模态分析模块Mechanical具有一般静力学、动力学和非线性分析能力，也具有稳态、瞬态、相变等所有的热分析能力以及结构和热的耦合分析能力，可以处理任意复杂的装配体，涵盖各种金属材料和橡胶、泡沫、岩土等非金属材料。可以计算许多典型的受力情况，同时也可用命令流控制。是静、动力学分析的主要工具之一。
三、模态分析的具体流程
本文以NASA 67转子为例进行静力、模态分析，模拟前将转子的刚度、密度、叶片数、设计参数等输入到材料模块中。通过静力分析功能，对叶片进行静力分析获得其位移响应云图并由静力分析结果可知，最大位移位于叶尖处，最小位移位于叶根处，这与典型振型是吻合的。然后对叶片进行模态分析，通过设定旋转速度为16304r/min，由于颤振等自激振动往往发生在一阶弯曲、二阶扭转等低阶模态，故取其前三阶模态进行分析并通过CFX后处理模块给出各阶模态位移云图。将各阶模态的结果导出，可插值至下一步流场分析叶片的定义中。
三、流场分析
在叶片、压气机分析中，可以通过模拟不同工况下的流动状况，通过分析其流场轨迹与流量变化，通过气动阻尼幅值分析其是否颤振。而后可通过模拟不同的抑颤方法，探索对于压气机抑颤的效果。因此，开展关于压气机叶片的模态分析与叶片排、整机的流场分析，可以清晰的给出其工作状况。通过施加不同抑制振动方法，对比作用效果，选择最佳的设计方案。至此，基于ANSYS的分析过程结束，可为不同材料、工况、使用要求的压气机（叶片等部件）的优化设计提供完整的技术资料。
四、总结分析
通过对叶片进行模态分析，可以掌握其各阶固有频率并获得其对应振型。通过对比试验可知，其模拟结果与实际温和，并且通过插值模态结果可进行流场计算。此法为气动弹性问题的主要分析路线，由于其通过计算气动阻尼幅值判断振动是否发散，因此可称之为“能量法”，基于颤振预测还有频域法、实验法、特征值法，由于工程中常用能量法进行计算，故对于其它方法不做一一介绍。
参考文献
[1]李松林, 陈进, 郭小锋, 等. 考虑气动弹性的风力机叶片外形优化设计[J].哈尔滨工程大学学报, 2016, 37(03): 134-139.
[2]王军利, 张东生. 后掠机翼跨音速静气动弹性特性研究[J]. 科学技术与工程, 2015,15(17): 237-241.
[3]聂雪媛, 黄程德, 杨国伟. 基于结构有限元/CFD耦合的气动弹性分析[C]. 2014.
[4]汪松柏, 李绍斌, 宋西镇. 基于流固耦合的跨声速压气机叶片静气动弹性分析[J]. 力学与实践, 2016, 38(01): 38-42.
