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变几何高超声速进气道设计与调节规律研究

课设：基于进气道设计

基于A VL FIRE发动机进气道设计综述宋宝恒热工111班1101210142 摘要：利用仿真软件FIRE建立某柴油机进气道的三维模型，对进气流动进行CFD模拟计算，再用实验验证仿真模型的准确性，对比试验与计算结果，两者吻合良好。结果表明，CFD设计在柴油机进气道设计开发和性能评价中具有实用价值。关键词：柴油机；FIRE；CFD ；进气道 0.引言进气道是柴油机重要零部件之一，它的几何形状对提高柴油机的充气效率、改善燃烧性能和降低排放指标具有十分重要的影响。传统进气道设计主要采用经验设计和反复试验相结合，气道形状须经多次修正。近年来，随着计算机技术的迅速发展，特别是计算机存储量和计算速度的提高以及CAD技术的逐步完善，计算流体力学CFD已经成为目前解决三维流动问题尤其是设计进气道的重要手段。本文主要是对利用仿真软件FIRE建立柴油机进气道的三维仿真模型，并进行相关数值模拟计算的一篇综述，仿真计算后的结果经修正和实验验证后，结果表明，CFD技术的应用有益于克服传统设计带来的盲目性和局限性，省时，成本低，具有理论指导意义，为柴油机的性能优化提供了新途径。 1.几何模型建立利用CAD或者PROE构建所需进气道模型，如王志等人的《基于CAD/CAM/CFD的发动机气道研究》一文中，利用气道CAD造型，完成集气腔造型、气道曲面造型、合并气道型芯设计。 2.计算模型的建立为了获得新设计气道的涡流比和流通系数，且使计算结果与试验结果具有可比性，应在试验台条件下建立模型。在稳流试验台上，模拟气缸的长度一般取为2.5D。将三维气道几何模型输入FIRE软件中，建立气道内气体流动的数学模型，计算出气道内的三维流动，分析流动特性，提供给缸内研究。 3.网格的划分应用FIRE的FAME技术进行网格划分处理，网格类型包括四面体和六面体

一种飞翼布局无人机M形进气道设计及其特性

第31卷第5期空气动力学学报V o l .31,N o .5 2013年10月A C T AA E R O D Y N A M I C AS I N I C A O c t .,2013??????????????????????????????????????????????????? 文章编号:0258-1825(2013)05-0629-06 一种飞翼布局无人机M 形进气道设计及其特性郁新华 (西北工业大学无人机研究所,陕西西安 710072 )摘要:针对飞翼布局无人机,进行背部M 形进气道设计三通过特定中心线形状和沿程面积变化规律的控制,完成一种短扩压大偏距进气道的设计,设计中兼顾了进气道的隐身性能三利用C F D 方法和风洞试验,得到了进气道的性能参数以及地面吸气特性二速度特性二攻角特性和侧滑角特性三从流场结构看出,M 形进气道唇缘外上侧流态较为恶劣,随着位置向后推移,该低能量流会逐渐分散开来;进口梯形截面向出口圆形截面的转变过程中,由于S 弯旋流作用以及横向扩展效应,使得低能流区域逐渐远离对称面三研究结果表明:该进气道具有良好的气动性能, 总压恢复系数大于0.98,可为此类无人机进气道的设计提供依据三关键词:飞翼无人机;进气道;C F D ;风洞试验;气动特性中图分类号:V 211.7 文献标识码:A *收稿日期:2012-01-11; 修订日期:2012-05-10 作者简介:郁新华(1972-),男,江苏泰兴人,副教授,从事无人机总体气动设计二飞机/发动机匹配等研究.E -m a i l :y u x i n h u a @n w p u .e d u .c n 引用格式:郁新华.一种飞翼布局无人机M 形进气道设计及其特性[J ].空气动力学学报,2013,31(5):629-634.Y U X H.D e s i g na n d a e r o d y n a m i c p e r f o r m a n c e o f aMs h a p e d i n l e t o n f l y i n g w i n g U A V [J ].A C T A A e r o d y n a m i c aS i n i c a ,2013,31(5):629-634.0 引言飞翼式布局具有较大的升阻比和较好的隐身特性[1-2] ,因而属于一种比较理想的无人机气动布局三国外许多飞行验证机如美国X -47二臭鼬二哨兵无人机,英国的涂鸦雷神验证机,法国的神经元均属于飞翼布局三从有关资料可以看出,该类无人飞行器进气道均采用背负式进气道,并与飞行器机体外形匹配一体化设计,进气口采用多棱角边唇口外形,形式有狭缝八字形二后掠三角形和 M 形,并以 M 形居多三多棱角边唇口外形会使得进气道进口的气流流动变得特别复杂,而唇口是影响进气道性能的敏感部位,进气道唇口的流动分离会直接影响总压损失和流场畸变[3] 三另外,为了遮掩大部分压气机,降低雷达 R C S 和降低结构重量, 这种进气道内管道常设计成S 弯二管道相对较短[4-5 ];因此,内通道具有短扩压二大偏距的特点,其内型面存在剧烈变化和弯曲,会导致较强的流向和横向的压强梯度,形成复杂的二次流[ 6] ,并很容易在管道内出现较大的气流分离,故此类进气道总压恢复系数较低,畸变指标较大三国内对此类形式的进气道研究较少,因此,很有必要开展这种进气道的设计研究,为此类飞行器进气道设计提供依据三 1 M 形进气道设计1.1 进气道进口设计针对类似神经元无人机构型开展M 形进气道的设计三考虑到雷达隐身的需要,发动机采取背部进气方式,进气口斜切平面与垂直面成30?的夹角,进气道唇缘与机翼前缘平行,进气口与机身型面光滑融合过渡,选定喉道截面形状为梯形+倒圆(图1)三喉道面积A t h 需确保通过发动机所有工作状态下的流量,喉道马赫数M a 的大小与发动机进口平面的总压恢复二畸变大小有关系三由于无人飞行器飞行马赫数M a 数不大于0.8,因此考虑喉道M a 数时以地面起飞时M t h =0.45而确定,从而保证空中M t h 数不大于0.6三 A t h = K G m T σ 0.0404p q ( λt h )式中,K 为考虑冷却及引射流量的修正系数,G m 为发动机空气流量,σ为总压恢复系数,P 为来流总压, T 为来流总温,q ( λt h )为气动函数三为使来流流场均匀, 在进口和喉道之间设计成收敛形;为减少攻角二侧滑角时的压力畸变,根据以往

高超声速进气道动稳态攻角特性研究

高超声速进气道动/稳态攻角特性研究高超声速进气道攻角特性与高超声速飞行器性能密切相关，具有重要的理论意义和工程应用背景，是国内外研究者关注的重要问题。针对高超声速飞行器在飞行过程中，俯仰姿态可能发生大幅度改变或振荡的特点，本文采用理论分析、数值模拟和风洞实验相结合的方法，研究了攻角导致的来流条件定常、非定常变化对高超声速进气道内部流场特征和性能参数的影响，分析了其形成机理，为高超声速进气道性能估计及有效控制建立了必要的理论基础和技术储备。论文首先研究了稳态攻角变化对高超声速进气道性能的影响。针对Ma6.5 一级的高超声速飞行器，在相同约束条件下（相同设计马赫数、等进口面积、相同出口马赫数），设计了一组包括二元式、侧压式、轴对称式、三维内收缩式的高超声速进气道方案，并采用三维数值模拟的方法研究了攻角对高超声速进气道气动特性的影响，揭示了典型高超声速进气道方案的内部流动特征、性能参数随攻角的变化规律。研究结果表明：攻角变化改变了进气道压缩量、内通道的附面层厚度和入口气流品质，从而影响了进气道流量捕获特征、压缩能力和出口总压恢复性能；进气道攻角的增加还会使得进气道抗反压能力提高，起动能力下降。对于不同的进气道构型而言，攻角对轴对称式进气道气动性能的影响规律和其它进气道类型相比存在显著差别。本文接着探索了动态攻角变化对高超声速进气道性能影响。采用非定常、动网格数值模拟方法，考虑了不同攻角动态变化方式，分析了攻角动态频率/速率、幅值、来流马赫数、振荡转轴位置、起始振荡攻角、进气道尺度、前缘钝化、总收缩比和飞行高度等参数对高超声速进气道攻角动态特性的影响规律。

研究结果表明，攻角动态变化时：受到气流的可压缩性、粘性作用等带来的气动迟滞效应的影响，高超声速进气道流场特征和性能参数会存在一定滞后现象，且不同性能参数之间的滞后规律不同；对于攻角变化造成的进气道不起动问题，随着动态攻角速率/频率的增加，进气道发生不起动的攻角值变大，进气道再起动的攻角值减小，即攻角动态变化对进气道起动过程存在一定的迟滞效应。此外，对于不能实现自起动的高超声速进气道，发现以特定攻角速率/频率振荡可能利于进气道重新恢复起动。研究认为，攻角动态速率/频率、振荡幅值、来流马赫数和进气道几何尺度是影响高超声速进气道动态攻角性能的重要因素，相对而言，进气道总收缩比、飞行高度、转轴位置及前缘钝化等因素不会显著影响进气道的动态攻角性能。针对高超声速飞行器与机体高度一体化的进气系统，设计了基于二元进气道的高超声速前体/进气道一体化模型，分析了攻角动态变化对一体化模型气动特性的影响，并对飞行环境下一体化模型的动态攻角性能进行初步预测。研究结果表明：攻角动态变化的三维前体/进气道一体化模型其性能参数出现了迟滞现象，进气道的不起动、再起动过程产生了滞后现象；对于高超声速前体/进气道一体化模型，在转级及巡航飞行状态，攻角在一定范围内发生的动态变化不会使进气道捕获流量及其它性能参数发生突然变化，即不会引起进气道工作状态的突变。最后，本文结合数值模拟的研究方法，在Ma3.85条件下完成了二元式、侧压式高超声速进气道攻角连续动态变化的风洞实验，实验中的攻角频率最大达10.4Hz，攻角变化范围为0°～8.2°。实验结果表明：二元高超声速进气道在攻角振荡过程中全程处于起动状态，其性能变化曲线与稳态时相似，攻角的动态变化未对进气道性能产生显著的影响；

进气道设计.doc

喷气式飞机进气道是一个系统的总称，它包括进气口、辅助进气口、放气口和进气通道，因此它是保证喷气发动机正常工作的重要部件之一，它直接影响到飞机发动机的工作效率，它对发动机是否正常工作，推力大小等有着到关重要的作用，因此它对飞机性能尤其是战斗机有很大的影响。其作用是：第一，供给发动机一定流量的空气。螺旋桨飞机靠螺旋桨工作拉动空气向后运动带动飞机做相对运动前飞，螺旋桨发动机燃烧也需要空气，但它的用量无法与喷气发动机相比，而且在高空空气稀薄，含氧量代，发动机效率会急剧下降，喷气发动机所需的空气量惊人，动辄每秒以上百千克计，如“海鹞”的发动机空气流量为196千克/秒，中国飞豹的则是2×92千克/秒，美国F－15的是2×121千克/秒；第二、保证进气流场能满足压气机和燃烧室正常工作的要求，喷气发动机压气机进口流速约为当地音速的0.3－ 0.6M，而且对流场的不均匀性有严格限制。在飞行中，进气道要实现对高速气流的减速增压，将气流的动能转化为压力能。随着飞行速度的增加，进气道的增压作用越来越大，在超音速飞行时的增压作用可大大超过压气机。进气道分为不可调进气道和可调进气道。不可调进气道，也就是进气道形状参数不可调节，只能在某种设计状态下才可高效工作的进气道，它只在设计状态下能与发动机协调工作，这时进气道处于最佳临界状态。在非设计状态下，譬如改变飞行速度，进气道与发动机的工作可能不协调。当发动机需要空气量超裹进气道通过能力时，进气道处于低效率的超临界状态。当发动机需要空气量低于进气道通过能力时，进气道将处于亚临界溢流状态。严格上讲，超音速进气道和亚音速进气道都会使阻力增加，不排除某些亚音速进气道或许出现前缘吸力大于阻力的情况，但过分的亚临界状态使阻力增加，并引起进气道喘振。为了使进气道在非设计状态下也能与发动机协调工作，提高效能，广泛应用可调进气道，常用的方法是调节喉部面积和斜板角度（最好专门对这些术语进行解释、配图。），使在任何状态下进气道的通过能力与发动机的要求一致。另外，在亚音速扩散通道处设有放气门，将多余的空气放掉，防止进气道处于亚临界状态，同时，在起飞时，发动机全加力工作，气流量需求很大；而且因为速度低，要保持同样气流量的需求，需要的捕获面积增大。因此为了解决起飞状态进气口面积过小的问题，还设置有在低速能被吸开的辅助进气口。飞机进气道设计中几个重要的设计指标是总压恢复、流场畸变水平和阻力大小。在进气道设计中，必须参照这几个重要的技术指标，它也是反映飞机整体性能的关键参数。总压是气流静压和动压之和，表征了气流的机械能，总压恢复是指发动机进口处的气流总压与进气道远前方来流的总压之比，是进气道设计中一个非常重要的参数，表示气流机械能的损失，对于超音速进气道，总压恢复主要与斜板级数和角度所决定的激波的级数和波后流动参数有关。流场畸变水平表征了进气道提供给发动机的气流的均匀程度，一般用进气道流场中的最高总压与最低总压值之间的差值表示，它影响着发动机的喘振裕度，间接关系着飞机的安全。进气道设计时一般考虑的阻力是外罩阻力和附加阻力，其中附加阻力又叫溢流阻力，是指在进入进气道的气流量大于发动机所需流量时，由于部分气流从进气道口溢出而导致的阻力。进气道的形状选择和位置的布置应该满足发动机有较高工作效率的要求，或应保证飞行器具有最佳性能要求或应保证飞行器能达到最佳飞行性能的要求。进气道的设计在科技的带动下有了很大的发展，使得喷气战斗机的飞行速度越来越快，性能越来越高，可以说它的重要性越来越明显，并且已成为飞机机体设计中成为一个独立的组成部分，进气道设计成为飞机性能提高的重要因素之一。飞机进气道发展到现在主要分为亚音速进气道和超音速进气道。

进气道的分类

超音速进气道的分类与应用【摘要】超音速飞机要想实现超音速飞行不仅需要强劲的发动机，还需要复杂的超声速进气道设计，随着人们对飞机性能要求的不断苛刻，超声速进气道的复杂程度也越来越高，本文将就不同的分类方法来对其进行分类，并就它的优缺点以及应用做一定的总结。【关键词】飞机；超声速；进气道；分类；激波现代的飞机尤其是战斗机大都具有非常高的速度，而且飞行高度也很高，高空的空气稀薄、氧气含量低而且在飞机高速运行时飞机的空气用量大，这就需要进气道来将空气“兜住”，另外，现代高性能发动机的压气机和燃烧室对工作条件的要求相当苛刻，这就需要进气道来实现高速空气的减速增压，将空气压力降至压气机的工作压力，在一定程度上，进气道起到了压气机的一部分作用，还有就是可以将附面层流排出发动机，增加发动机的稳定性。因此，现代超声速飞机的都有着复杂的进气道设计（导弹也不例外）。本文将就超声速进气道的分类、优缺点以及应用做一一概括。超音速进气道在结构上比较复杂，它是通过一道正激波加多道较弱的斜激波来实现超音速气流的减速。超音速进气道分为外压式、内压式和混合式三种。外压式进气道：在进口前装有中心锥或斜板，以形成斜激波减速，降低进口正激波的强度，从而提高进气减速的效率。外压式进气道的超音速减速全部在进气口外完成，进气口内通道基本上是亚音速扩散段。内压式进气道：为收缩扩散形管道，相当于倒置的拉法尔喷管，超音速气流的减速增压全在进口以内实现。设计状态下，气流在收缩段内不断减速到喉部恰为音速，在扩散段内继续减到低亚音速。内压式进气道效率高、阻力小，但非设计状态性能不好，起动困难，在飞机上未见采用。混合式进气道：是内外压式的折衷。对于超音速飞机而言，本身其飞行马赫数变化范围较宽，对于进气道就要求在较宽的范围内高效的减速增压；而且，由于超音速飞行，进口前气流不能自动地适应发动机所需而引入适当的流量，容易发生溢流。所以随着速度提高，飞机进气道也发生了很大的变化，结构上朝着更加复杂化发展，这也是性能和速度提高后确保发动机工作稳定的先决条件。飞机进气口大小是不变的，而高速和低速飞行时发动机对空气量的需求却不一样，尤其超音速飞行时，进入进气道的空气量超过了发动机的实际需求，如果不将其排除则会导致额外的阻力，所以，超音速进气道都设有旁路系统，空气超过发动机需求时，则开启旁路系统，将多余的空气排放出去。一般的超声速进气道都有中心锥或者压缩斜板以来调节进气量和调节激波的位置。若按进气道是否可调可分为不可调进气道和可调进气道。一、不可调进气道，也就是进气道形状参数不可调节，只能在设计状态下（如一定的飞行速度等）才可与发动机协调工作，反之则可能出现工作不协调的情况。当发动机需要空气量超过进气道通过能力时，进气道处于超临界状态，反之，进气道将处于亚临界溢流状态。超临界状态降低发动机工作效率，过分的亚临界状态使飞行阻力增加，并引起发动机喘振，工作效能也将降低。二、可调进气道：为了解决上述问题，可调进气道通过运用安装可调压缩斜板或者中心锥的方法，控制进气道的空气通过量以满足发动机的工作要求。另外，在亚音速扩散通道处设有放气门，将多余的空气放掉，防止进气道处于亚临界状态。在起飞时，发动机全加力工作，要保持同样的气流量，发动机捕获空气的面积需要增大，通常发动机都设有低速时能被吸开的辅助进气口。若按照波系数目多少来划分，可分为正激波式、双波系和多波系进气道。一、正激波式进气道：正激波进气道又叫做皮托式进气道，当超声速气流流过进气道时，在一定的出口反

1某高强化柴油机进气道的设计开发

收稿日期:2011 01 15;修回日期:2011 03 05 作者简介:刘鹏飞(1983 ),男,硕士,主要研究方向为柴油机性能匹配;00liupengfei@https://www.wendangku.net/doc/2b14682813.html, 。某高强化柴油机进气道的设计开发刘鹏飞1,许俊峰1,韩君2,蔡忠周1,王良3 (1.中国北方发动机研究所,山西大同 037036; 2.中北大学机电工程学院,山西太原 030051; 3.装甲兵驻长春地区军事代表室,吉林长春 130103) 摘要:以未简化的某柴油机进气道为研究对象,使用三维流动力学软件完成了气道稳流试验台中气道-气缸流动的三维数值模拟计算,模拟计算的流场显示出了在气道试验台条件下空气流动过程的详细状况,气道性能评价参数(流通系数和涡流比)的流动计算结果与气道试验结果吻合较好。数值模拟精度表明,气道CFD 计算可以为发动机开发中气道设计提供理论依据。关键词:柴油机;进气道;数值模拟;计算流体动力学中图分类号:T K423.44 文献标志码:B 文章编号:1001 2222(2011)03 0017 03 进气道是柴油机的重要组成部分,它直接决定了柴油机的充气系数,进而影响了柴油机的性能。某柴油机在强化设计中将直气道改为螺旋与切向气道组合,设计目标为平均涡流比0.9~ 1.3,本研究应用FIRE 软件对该柴油机气道气门气缸实体模型进行了三维流动计算,计算出流通系数和涡流比等相关参数,最后进行了试验验证。 1 进气道仿真 1.1 网格的划分在CAD 模型中,气缸长度取试验时的1.75倍缸径,即192.5m m,气门升程的取值与试验时相同,分别为1,2,3,4,5,6,7,8mm 。三维模型见图1,在FIRE 中生成的网格见图2,对气道一些部位的网格作了相应的细化(见图3),保证了计算结果的可靠性。图1 进气道三维模型图2 网格图图3 网格细化图(放大) 1.2 仿真参数的设定计算中的边界条件(边界条件的设定以试验为标准)如下:进口总压p 1=89.6kPa;总温T =293K;出口静压p 2=p 1- p =84.6kPa(压差 p =5kPa)。初始条件如下:p =89kPa,T =293K 。湍流模型采用模型,收敛标准为10-4。1.3 计算结果及分析 1.3.1 沿气缸轴向截面流场分布从图4可以看出,气门全开时(8m m 升程)由于进气气流被两个气门分开,因产生剪切层而引起大的速度梯度,于是产生湍流。因此,较高的进气流速会形成较大的速度梯度,从而产生更大的湍流动能,形成了整个气道中质量和动量交换最强烈的区域,此区域内湍动能和耗散率均最大。图5示出经过进气阀中心纵截面流线分布,可以看到,气门座与气缸连接,形成突扩区域,对气体而言相当于后台阶流动,容易出现流动分离现象;而在两气门相邻区域内,一方面由于气门座的影响,流动分离出现漩涡运动,另一方面,又由于两股进气气第3期(总第194期)2011年6月车用发动机V EH ICL E EN GIN E N o.3(Serial N o.194) Jun.2011

2-2-1 平面杆件体系基本组成规律--例题分析

§2-2 构造分析方法与例题-1 1. 教学要求熟练掌握几何构造分析的各种方法。 2. 本节目录 ?1. 基本分析方法(1) ?2. 基本分析方法(2) ?3. 约束等效代换 ?4. 考虑体系与地基关系的方法 ?5. 复杂体系(1) ?6. 复杂体系(2) ?7. 复杂体系(3) ?8. 思考与讨论 3. 参考章节 1.《结构力学教程(Ⅰ)》，pp. 22-28。 2. §2-3 几何不变体系的组成规律 2.2.1 基本分析方法一. 先找第一个不变单元，逐步组装 1. 先从地基开始逐步组装例1图2-17a，图2-17b

图2-17a图2-17b 2. 先从内部开始，组成几个大刚片后，总组装例2图2-18a，图2-18b 图2-18a图2-18b ?ADF和?BEG通过较C 和不过该铰的链杆DE相连组成几何不变且无多余约束的体系?BCF和?DAE通过连杆CD,AB,EF 相连，三杆不共点，组成几何不变且无多余约束体系。二. 去除二元体（拆）例3图2-19a，图2-19b、2-19c 图2-19a图2-19b 例3：图2-19c

分析：对象：杆1、2和杆3、4和杆5、6和杆7、8和杆9、10和杆11、12和杆13、14；联系：二元体；去掉二元体，剩下大地――几何不变无多余约束 2.2.2 约束等效代换 1. 曲(折)链杆等效为直链杆 2. 联结两刚片的两链杆等效代换为瞬铰例4 分析: 1.折链杆AC 与DB 用直杆2、3代替； 2.刚片ECD 通过支杆1与地基相连。结论：若杆1、2、3交于一点，则整个体系几何瞬变有多余约束；若杆1、2、3不交于一点，则整个体系几何不变无多余约束。图2-20a 例5 分析: 1.刚片Ⅰ、Ⅰ、地基Ⅰ由铰A 与瞬铰B、C 相连。 2.A、B、C 不共线。结论：整个体系几何不变无多余约束。图2-20b 分析：图2-20c中（a）等效图2-20c中(b) 对象：大地与刚片（1）和（2）；

结构力学作业1

一、判断题 1、图中链杆1 和2 的交点O可视为虚铰。（×） 1 O 2 2、两刚片或三刚片组成几何不变体系的规则中，不仅指明了必需的约束数目，而且指明了这些约束必须满足的条件。（√） 3、在图示体系中，去掉1 — 5 ， 3 — 5 ， 4 — 5 ， 2 — 5 ，四根链杆后，得简支梁12 ，故该体系为具有四个多余约束的几何不变体系。（×） 12 34 5 4、几何瞬变体系产生的运动非常微小并很快就转变成几何不变体系，因而可以用作工程结构。（×） 5、图示体系为几何可变体系。（×）二、选择题 1、欲使图示体系成为无多余约束的几何不变体系，则需在A 端加入： A．固定铰支座； B．固定支座； C．滑动铰支座； D．定向支座。（B ） A 2、图示体系的几何组成为： A．几何不变，无多余约束； B．几何不变，有多余约束； C．瞬变体系； D．常变体系。（B ）

3、（题同上）（ A ） 4、（题同上）（ C ）三、填充题 1、在图示结构中，无论跨度，高度如何变化，M CB 永远等于 M BC 的 2 倍，使刚架外侧受拉。 q A D B C 2、．图示结构 DB 杆的剪力 Q DB = _-8KN_ 。 2m 4m 4m 16kN 20kN 16kN D B 15kN/m 3m 3m 3、．图示梁支座 B 处左侧截面的剪力 Q B 左 =_-30KN_ 。已知 l = 2m 。 l l l l 220kN 20kN 10kN/m B l 四、分析图示平面体系的几何组成。

什么是最好的进气道设计

什么是最好的进气道设计自从引擎发明以来、工程师们就不断追寻更大的马力；尤其是在欧洲、这个汽车工业的发源地、也是汽车竞赛的发源地；在赛车冠军代表的不仅仅只是车厂和车手成就的年代、更代表着各个国家国力强弱的年代下，一场接着一场攸关国家名誉而进行的汽车竞赛就如火如荼的展开了！而各车厂的工程师们为了证明他们所设计的汽车是最好的汽车、使得各大车厂的工程师们无不绞尽了脑汁来追寻马力更大、更好、更先进的引擎；多气门引擎也就是在这样一个汽车竞赛战国时代的背景下诞生了. . . .。什么是最好的进气道设计？每缸拥有二、三、四或甚至更多汽门？当开发每一具新的汽车引擎时，工程师便不断地提出这样的问题、并且思考这样的问题。早在1910年，即出现每缸有二个以上汽门的引擎，同时从1915年开始，由Maybach所打造的五汽门引擎即用于飞机与气船上；反观陆路方面，长期以来五汽门引擎一直为赛车的专利，各大汽车厂也是到了近20～30年才把多汽门引擎技术量产化、并引进到市售车上。明明在1915年就有五气门引擎，那车厂为什么不把这个技术应用到汽车引擎上呢？历史背景Charge真的是不知道、因为Charge不是主修历史而是机械，且听Charge从技术面上来解说一下吧！气门数与性能再回归主题，气门数的多寡和引擎性能输出的好坏有没有直接的关系呢？有的、尤其是自然进气引擎那就更明显了，当然对增压引擎也是一样的重要、只是影响不如在自然进气引擎上来的那样的大了；现在我们先以自然进气引擎为讨论的基础来讨论气门数对引擎的影响、而且去除掉大多数的变因如提升压缩比等等，这样可以厘清不少的问题以便专论气门数和进气效率之间的关系：一具自然进气引擎如果想要求得最佳的功率输出、那进、排气道的设计和整个进、排气系统的设计绝对有着关键性的影响。我相信各位读者一定常常在改装用品的广告或是车子的型录上看到和听到类似这些字眼＂提升进气效率、增进排气效率″没错、如果想要提升马力就一定要提升进气效率和排气效率如果进、排气效率没有提升的话那想要在自然进气引擎上获取较高的功率输出是一件不大容易的事情。为什么呢？Charge以最简单的例子来向各位读者举例说明一下，我们大家都知道一个燃烧最基本的观念，燃烧要有可燃物（如汽油）和助燃物（氧气）和达到燃点温度（由火星塞提供），那如果要把火势加大那就要大量提供可燃物和助燃物；同样的在引擎之中要提供更大量的油气混合气（可燃物和助燃物的混合物）才能使大量物质燃烧所产生的压力加大以取得更大的动力输出；又进气效率就是实际进气量除以理论进气量，而此时进气气门所扮演的角色就像我们在家里所用的水龙头和水流量间的关系，假设水管够大可以提供足够的水源可是水龙头只有一个的话，那单位时间的流量就会被水龙头所限制住了，引擎也就是因为类似的效应使得燃烧室内无法得到足够的油气来燃烧以求得最佳的动力输出，也就是因进气效率低落而所造成的引擎动力输出不足；所以那就对了、我们如果要解决这个问题那就要换上大一号的水龙头（就有如加大进气气门），或是在原来的水龙头旁边再加装一个或是两个水

福大结构力学课后习题详细答案(祁皑).. - 副本

结构力学（祁皑）课后习题详细答案答案仅供参考第1章 1-1分析图示体系的几何组成。 1-1(a) 解原体系依次去掉二元体后，得到一个两铰拱（图（a-1））。因此，原体系为几何不变体系，且有一个多余约束。 1-1 (b) 解原体系依次去掉二元体后，得到一个三角形。因此，原体系为几何不变体系，且无多余约束。 1-1 (c) （c-1）（a ）（a-1）（b ）（b-1）（b-2）

（c-2）（c-3）解原体系依次去掉二元体后，得到一个三角形。因此，原体系为几何不变体系，且无多余约束。 1-1 (d) （d-1）（d-2）（d-3）解原体系依次去掉二元体后，得到一个悬臂杆，如图（d-1）-（d-3）所示。因此，原体系为几何不变体系，且无多余约束。注意：这个题的二元体中有的是变了形的，分析要注意确认。 1-1 (e) 解原体系去掉最右边一个二元体后，得到（e-1）所示体系。在该体系中，阴影所示的刚片与支链杆C 组成了一个以C 为顶点的二元体，也可以去掉，得到（e-2）所示体系。在图（e-2）中阴影所示的刚片与基础只用两个链杆连接，很明显，这是一个几何可变体系，缺少一个必要约束。因此，原体系为几何可变体系，缺少一个必要约束。 1-1 (f) 解原体系中阴影所示的刚片与体系的其它部分用一个链杆和一个定向支座相连，符合几何不变体系的组成规律。因此，可以将该刚片和相应的约束去掉只分析其余部分。很明显，余下的部分（图（f-1））是一个几何不变体系，且无多余约束。因此，原体系为几何不变体系，且无多余约束。 1-1 (g) （d ）（e ）（e-1） A （e-2）（f ）（f-1）

第二章结构的几何构造分析(龙驭球第三版)

第2章结构的几何构造分析本章内容：§2-1 几何构造分析的几个概念 §2-2 平面几何不变体系的组成规律 §2-3 平面杆件体系的计算自由度 §2-4 在求解器中输入平面结构体系(略) §2-5 用求解器进行几何构造分析(略) §2-6 小结主要内容：第三讲 §2-1 几何构造分析的几个概念 1. 几何不变体系和几何可变体系一般结构必须是几何不变体系几何不变体系—在不考虑材料应变的条件下，体系的位置和形状是不能改变的。几何可变体系—在不考虑材料应变的条件下，体系的位置和形状是可以改变的。 2. 自由度平面内一点有两种独立运动方式，即一点在平面内有两个自由度。一个刚片在平面内有三种独立运动方式，即一个刚片在平面内有三个自由度。自由度个数=体系运动时可以独立改变的坐标数 3. 约束一个支杆相当于一个约束，如图(a)；一个铰相当于两个约束，如图(b)；一个刚性结合相当于三个约束，如图(c)

4. 多余约束如果在一个体系中增加一个约束，而体系的自由度并不减少，此约束称为多余约束。有一根链杆是多余约束 5. 瞬变体系特点：从微小运动的角度看，这是一个可变体系；经微小位移后又成为几何不变体系；在任一瞬变体系中必然存在多余约束。可变体系瞬变体系：可产生微小位移常变体系：可发生大位移 6. 瞬铰 O为两根链杆轴线的交点，刚片I可发生以O为中心的微小转动，O点称为瞬时转动中心。两根链杆所起的约束作用相当于在链杆交点处的一个铰所起的约束作用，这个铰称为瞬铰。 7. 无穷远处的瞬铰

两根平行的链杆把刚片I与基础相连接，则两根链杆的交点在无穷远处。两根链杆所起的约束作用相当于无穷远处的瞬铰所起的作用。无穷远处的含义（1）每一个方向有一个∞点；（2）不同方向有不同的∞点；（3）各∞点都在同一直线上，此直线称为∞线；（4）各有限点都不在线∞上。 §2-2 平面几何不变体系的组成规律 1. 三个点之间的连接方式规律1 不共线的三个点用三个链杆两两相连，则所组成的铰接三角形体系是一个几何不变的整体，且没有多余约束。 2. 一个点与一个刚片之间的连接方式规律2 一个刚片与一个点用两根链杆相连，且三个铰不在一直线上，则组成几何不变的整体，且没有多余约束。 3. 两个刚片之间的连接方式规律3 两个刚片用一个铰和一根链杆相连，且三个铰不在一直线上，则组成几何不变的整体，且没有多余约束。

几何可变体系与几何不变体系

［几何可变体系与几何不变体系］几何可变体系——在任意荷载的作用下，即使不考虑材料的应变，它的形状和位置也是可以改变的。几何不变体系——如果不考虑材料的应变，它的形状和位置是不能改变的。［机动分析的目的］（1）判断体系是否可变；（2）研究不变体系的基体组成规律；（3）确定结构的静定次数；（4）进行组成分析，选择简单的计算次序。［自由度与刚片］物体在运动时决定其位置的几何参变数称为自由度。几何形状不变的平面体称为刚片。一个刚片在平面内运动有三个自由度；一个点在平面内运动有两个自由度；一个点在空间内运动有三个自由度；一个刚体在空间内运动有六个自由度。［约束］减少自由度的装置称为约束。［约束的影响］（1）支座约束可动铰支座相当于一个约束，减少一个自由度；固定铰支座相当于两个约束，减少两个自由度；固定端支座相当于三个约束，减少三个自由度；定向支座相当于两个约束，减少两个自由度。

（2）链杆两刚片加一链杆约束，减少一个自由度。（3）铰结点单铰：两刚片加一单铰结点约束，减少两个自由度。复铰：个刚片在同一点用铰连接，相当于个单铰的约束。（4）刚结点单刚结点：两刚片加一刚结点约束，减少三个自由度。复刚结点：个刚片在同一点用刚结点连接，相当于个单刚结点的约束。［结构体系自由度的计算公式］（1）一般公式 ?各部件自由度总和－全部约束数为结构体系自由度。

（2）平面杆件体系自由度的计算公式式中为刚片个数；为单刚结点个数；为单铰结点个数；为链杆个数；为支座约束个数，如果为自由体，即无支座约束，则。（3）平面桁架自由度的计算公式式中为结点个数；为链杆个数；为支座约束个数，如果为自由体，即无支座约束，则。［自由度与几何不变性的关系］体系为几何不变的必要条件是自由度等于或小于零，此条件并非充分条件。如果，则体系为几何可变体系；如果或，则不能确定。

结构力学第二章几何组成分析典型例题

［例题2-1-1］计算图示体系的自由度。,可变体系。 (a) (b) 解: (a ) 几何不变体系,无多余约束 ( b ) 几何可变体系［例题2-1-2］计算图示体系的自由度。桁架几何不变体系,有多余约束。解 : 几何不变体系,有两个多余约束［例题2-1-3］计算图示体系的自由度。桁架自由体。解: 几何不变体系,无多余约束［例题2-1-4］计算图示体系的自由度。,几何可变体系。解 : 几何可变体系［例题2-1-5］计算图示体系的自由度。刚架自由体。解: 几何不变体系,有6个多余约束［例题2-2-1］对图示体系进行几何组成分析。两刚片规则。几何不变体系,且无多余约束［例题2-2-2］对图示体系进行几何组成分析。两刚片规则。几何不变体系,且无多余约束［例题2-2-3］对图示体系进行几何组成分析。两刚片规则。几何不变体系,且无多余约束［例题2-2-4］对图示体系进行几何组成分析。两刚片规则。

几何不变体系,有一个多余约束［例题2-2-5］对图示体系进行几何组成分析。二元体规则。几何不变体系,且无多余约束［例题2-2-6］对图示体系进行几何组成分析。两刚片规则,三刚片规则。几何不变体系,且无多余约束［例题2-2-7］对图示体系进行几何组成分析。三刚片规则。几何不变体系,且无多余约束［例题2-2-8］对图示体系进行几何组成分析。三刚片规则。几何不变体系,且无多余约束［例题2-3-1］对图示体系进行几何组成分析。两刚片规则。几何瞬变体系［例题2-3-2］对图示体系进行几何组成分析。两刚片规则。几何瞬变体系［例题2-3-3］对图示体系进行几何组成分析。三刚片规则。几何瞬变体系［例题2-3-4］对图示体系进行几何组成分析。三刚片规则。

结构力学简答题

1.平面杆件结构分类？梁、刚架、拱、桁架、组合结构。 2.请简述几何不变体系的俩刚片规则。两刚片用一个铰和一根不通过该铰链中心的链杆或不全交于一点也不全平行的三根链杆相联，则组成的体系是几何不变的，并且没有多余约束。 3.请简述几何不变体系的三刚片规则。三刚片用不共线的三个铰两两相联或六根链杆两两相联，则组成的体系是几何不变体系，且没有多余约束。 4.从几何组成分析上来看什么是静定结构，什么是超静定结构？无多余约束的几何不变体系是静定结构，有多余约束的几何不变体系是超静定结构，有几个多余约束，即为几次超静定。 5.静定学角度分析说明什么是静定结构，什么是超静定结构？只需要利用静力平衡条件就能计算出结构全部支座反力和构件内力的结构称为静定结构；全部支座反力和构件内力不能只用静力平衡条件确定的结构称为超静定结构。 6.如何区别拱和曲梁杆轴为曲线且在竖向荷载作用下能产生水平推力的结构，称为拱；杆轴为曲线，但在竖向荷载作用下无水平推力产生，称为曲梁。 7.合理拱轴的条件？在已知荷载作用下，如所选择的三铰拱轴线能使所有截面上的弯矩均等于零，则此拱轴线为合理拱轴线。

8.从实际结构出发，能否将零力杆从结构中去掉，为什么？不去掉零力杆的理由是保持结构体系几何不变，满足多种荷载工况。 (虽为零力杆，但需要维持稳定性；零力杆在其他情况下不一定为零力杆，不可去掉。) 9.桁架结构中，列举出不少于两种特殊节点，并标注出零力杆及相等杆件。（1）L 结点上无荷载，021==N N （2）T 结点上无外力，03=N 21N N = (3)X 型杆：结点上无外力，21N N = 43N N = (4)K 型杆：结点上无外力，21N N -= 10.弯矩影响线与弯矩土有什么区别？ ①弯矩影响线的每一个竖标均表示同一个截面上弯矩的大小，不同的竖标只是反映单位荷载位置的不同而已。 ②弯矩图的竖标则表示对应截面弯矩的大小，不同的竖标表示不同的截面上弯矩的大小。