Page 155 - 《振动工程学报》2026年第2期

第 39 卷第 2 期 振 动 工 程 学 报 Vol. 39 No. 2
2026 年 2 月 Journal of Vibration Engineering Feb. 2026

超 声 速 来 流 条 件 下 金 属 薄 壁 板 颤 振 特 性 试 验 研 究

张 朋 ， 苑凯华 ， 刘 靖 ， 查 俊 ， 寇西平 ， 曾开春 ， 贾 苏 1
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（1. 中国空气动力研究与发展中心高速研究所，四川 绵阳 621000； 2. 北京机电工程研究所，北京 100074）
摘要：壁板颤振引发的高频大振幅非线性振动给高速飞行器蒙皮的结构疲劳强度、飞行性能和飞行安全带来不利影响。为
此，依托 FL-23 风洞建立了超声速壁板颤振风洞试验平台，通过背压控制腔减小壁板模型的静变形和初始应力，在高速风洞中
成功再现了壁板颤振现象。试验结果表明：初步建立了高速风洞壁板颤振试验技术；金属薄壁板颤振表现出明显的非线性，
颤振响应为高频极限环震荡；模型在达到颤振速压时首先会出现拍振现象，经一定时间累积后才会进入极限环振动状态。

关键词： 壁板颤振；超声速；金属薄壁板模型；风洞试验；极限环
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中图分类号：V215.3 4 文献标志码：A DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.202311027

Experimental study on flutter characteristics of metal thin-walled panel

in supersonic flow

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ZHANG Peng ，YUAN Kaihua ，LIU Jing ，ZHA Jun ，KOU Xiping ，ZENG Kaichun ，JIA Su 1
（1.High Speed Aerodynamics Institute，China Aerodynamics Research and Development Center，Mianyang 621000，China；
2.Beijing Institute of Mechanical and Electrical Engineering，Beijing 100074， China）
Abstract：The high frequency and large amplitude nonlinear vibration caused by panel flutter has adverse effects on the fatigue strength，flight
performance and flight safety of high-speed aircraft skin structure. Based on FL-23 wind tunnel，a supersonic panel flutter test platform was
established. The static deformation and initial stress of the panel model were reduced by the back pressure control cavity，and the panel flutter
phenomenon was successfully reproduced in the high-speed wind tunnel. The experimental results show that: a high-speed wind tunnel test
technique for panel flutter has been preliminarily established. The flutter of thin-walled metal panel is obviously nonlinear，and the flutter
response is high-frequency limit-cycle oscillation. When the dynamic pressure of flutter is reached，the beat vibration phenomenon will appear
at first，and then it will enter the limit cycle vibration state after accumulating for a certain time.
Keywords：panel flutter；supersonic；metal thin-walled panel model；wind tunnel test；limit cycle

壁板颤振是飞行器表面蒙皮非定常气动力、惯 下几何非线性引起的壁板颤振响应；在国内，西北工
性力和弹性力的相互耦合作用下产生的一种气动弹 业大学杨智春教授团队 [19-24] 、西南交通大学杨翊仁
性动力学失稳现象。由于蒙皮受到框架结构的约 教授团队 [25-27] 采用数值模拟方法研究了二维、三维
束，其结构动力学存在强非线性效应，因此蒙皮壁板 壁板在超音速气流作用下各种复杂的颤振动力学现
颤振也呈现强非线性。发生壁板颤振的飞行器蒙皮 象，并对曲率、热环境等因素对壁板动力学稳定性

通常呈现持续大幅度振动，进而使蒙皮结构产生疲 和颤振响应的影响进行了详细分析。
劳裂纹，甚至直接撕裂破坏，严重影响飞行安全 [1-5] 。 在试验研究方面，美国航空航天局的兰利研究
国内外学者针对壁板颤振问题进行了大量的理 中心从 20 世纪 60 年代开始研究如何在超声速风洞
论分析和数值模拟研究：DOWELL [6-10] 在壁板颤振问 中进行壁板颤振试验，WEIDMAN [28] 将风洞试验驻
题方面做了大量开创性的工作，其利用准定常气动 点温度控制在约 325.15 K，测试了铝合金壁板在超声
力理论和 von Karman 大变形理论研究了壁板颤振的 速气流中的临界速压；DIXION 等 [29] 在马赫数为 3.0
变化规律，揭示了超声速气流中壁板颤振的非线性 的壁板颤振试验中证实了壁板温度变化对颤振边界
特性，并对前期的壁板颤振研究成果进行了总结 [11] ； 有显著影响；HESS [30] 建造了九宫格形式的壁板结构

文献 [12-18] 采用有限元方法研究了超声速来流条件 组件，只将中心格板单元的壁板作为风洞试验的研

收稿日期：2023-11-13；修订日期：2023-12-20