Page 156 - 《振动工程学报》2026年第2期

472 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

究对象，以真实模拟壁板的弹性支撑边界条件，实测 厚金属薄壁板模型的固有频率，前 10 阶的频率测量
了马赫数为 1.6 和 2.0 的铝合金壁板的临界速压和颤 结果如表 2 所示。在 5 mm 厚金属薄壁板模型中线
振频率；SPOTTSWOOD 等 [31] 在 AFRL 的 RC-19 超声 上安装有 3 个测压孔（具体位置见图 4），用于测量试
速风洞对薄壁板的振动响应特性进行了详细研究， 验过程中模型表面压力随来流的变化情况。

获取了壁板颤振时的实时压力响应和位移响应，对 模型框 薄壁模型
窗框 10°楔片
超声速来流下柔性壁板表面激波运动特性及壁板颤
振时的流固耦合机理进行了分析。国内尚未开展过 压力控制腔
来流方向
高速风洞壁板颤振风洞试验，仅在低速风洞进行过
悬臂板的颤振试验 [32] 。 10°楔片
飞行器蒙皮结构在框架约束之下，飞行器表面
流动与蒙皮结构振动之间存在较强的相互作用，显
试验段
著增加了数值模拟和理论分析研究的复杂性，另外
图 1 模型在风洞中的安装示意图
现有数值模拟方法需要试验结果来验证计算结果的
Fig. 1 Installation schematic diagram of the model in the wind
准确性。因此本文在超声速风洞建立了壁板颤振试
tunnel
验技术，通过风洞试验获取了金属薄壁板模型的颤
振响应特性。

14 mm
R10 mm
1 试 验 装 置 与 模 型
550 mm

1.1 试验风洞

14 mm 390 mm 14 mm
试验选择在中国空气动力研究与发展中心高速
研究所 FL-23 风洞进行。FL-23 风洞是一座直流、暂 14 mm
冲式风洞，试验段截面尺寸为 0.6 m×0.6 m，试验马赫
数范围为 0.4~4.5。该风洞部分马赫数具备阶梯变速
图 2 金属薄壁板模型平面尺寸图
压能力，具体速压范围如表 1 所示。
Fig. 2 Plan dimension diagram of the metal thin-walled panel
表 1 FL-23 风洞超声速速压范围 model

Tab. 1 Supersonic dynamic pressure range of FL-23

马赫数 q min /kPa q max /kPa
1.5 51.5 115.8
2.0 53.4 119.2
2.25 55.0 132.0
2.5 47.4 119.6
3.0 44.1 122

1.2 试验模型

图 3 金属薄壁板模型在风洞中的安装图
试验时金属薄壁板模型安装于试验段侧壁，来
Fig. 3 Installation diagram of the metal thin-walled panel
流方向如图 1 所示，同时图 1 给出了模型在风洞侧
model in wind tunnel
壁上的安装示意图，模型背侧设计有背部压力控制

腔，用于保证试验过程中模型两侧静压差，平面尺寸 表 2 1 mm 金属薄壁板模型固有频率
与金属薄壁板模型相同，深度为 150 mm。金属薄壁 Tab. 2 Natural frequencies of the 1 mm metal thin-walled panel
板模型平面尺寸如图 2 所示，长度为 550 mm，宽度 model

为 390 mm， 采 用 6061 铝 加 工 ， 厚 度 分 别 为 1 mm 和 马赫数 固有频率 f n /Hz 马赫数 固有频率 f n /Hz
5 mm，金属薄壁板模型采用四边固支方式，利用直径 1 71.3 6 172.0
2 81.5 7 189.8
为 3 mm 的螺钉同底座固定，螺钉在模型长度方向间
3 119.0 8 243.7
距为 54 mm，宽度方向间距为 48 mm。图 3 给出了模 4 148.8 9 257.1
型在风洞侧壁的安装实物图。通过锤击法获取了 1 mm 5 155.6 10 287.2