大众力学丛书《创建飞机生命密码》——————序言

当我们看到飞机翱翔在蓝天时，心里会升起种种疑问：这样的庞然大物是怎样上天的？它们 为什么能在乱云飞渡之中平稳飞行？它们为什么能高速驰骋于万里云天？它们为什么在频繁 的起降运行中不散架子？$\cdots\cdots$ 如果把飞机比作人，我们会问：它们为什么有如此俊俏的外貌？为什么它们多姿多彩、神态 各异？它们有什么样的皮肤和骨架？它们的心脏(发动机)为什么如此强有力？飞机的长寿 秘诀在哪里？总而言之，创建飞机生命的密码何在？科学家和工程师们为此付出了多少艰辛 的劳动？力学在创建飞机生命的密码发挥了多大的作用？ 翻开这本薄薄的书吧！我们可以从中轻松地得到上面这些问题的答案. 《创建飞机生命密码》是一本有趣的力学科普读物. 与常见的科普书不同，作者虚构了两个 人物------虚心好学的大学生剑青和充满好奇心的中学生夏雯，为了探寻航空的奥秘，他们 认真读书，四处求教，深入思考，逐渐懂得了创建飞机生命的密码，了解了力学在航空事业 发展中的不可或缺的作用. 航空界业者的循循善诱，使他们大大地长了见识；读者跟随他们 足迹也窥见了有关飞机的秘密. 由于这是一本力学科普读物，作者扣住力学在航空发展的作用这一主题，浅显生动地娓娓道 来，不经意间涵盖了力学的几乎所有分支学科：流体力学、固体力学和一般力学(动力学与 控制). 大体说来，前半本书主要涉及流体力学(空气动力学)，告诉读者：升力怎 样产生(也就是说，飞机怎样上天)，航行中的飞机要承受哪些气动力，怎样产生足够的推力，人类怎样 突破``音障'等深层次的原理；而后半本书主要讲述固体力学和一般力学(弹性力学、气动 弹性、结构力学、飞行力学、振动力学等)的作用，阐释飞机飞行的轨迹、总体架构及其稳 定性、部件材料的疲劳损伤断裂、颤振和抖振的产生和预防、优质复合材料的使用 等等. 全书涉及了许多深奥的力学知识及其应用，但读来相当容易而有兴味. 本书作者是航空界的资深专家，从事航空教学、科研、型号设计已近半个世纪，他深深热爱 航空事业，所带领的不少学生已成为业内的领导和业务骨干. 他全过程地参加了我国第一种 飞机------``运十'的设计、试验、制造、试飞过程，因此，就能得心应手地描述设计和制 造飞机的种种诀窍. 他以十年的深刻感受，深知必须掌握、运用力学知识，才能创造自己的 飞机，才能真切掌握飞机的根底，才能拥有自己的知识产权，才能掌握自己飞机的生命；他 确信中华民族完全能掌握自己大飞机的知识产权. 正是在这种信念驱动下，他以古稀之年， 夙兴夜寐，精心构思创作了这一力学科普著作. 这种精神令人钦佩. 不久前，我国已正式做出决策，将设计制造有自主知识产权的大飞机，相应的公司 已然成立. 这给我国航空业的迅猛发展创造了新的契机，也为我国力学工作者开辟了更大的用武之地， 这本书的推出可谓正当其时. {\ziju{0.03}最后，用本书的结束语的最后一段话做小结:``青年朋友们，天高任鸟飞，海阔凭鱼跃，创 建飞机生命密码是一个极为广阔的舞台，充分发挥你们的聪明才智，趁年青，打下扎实的基 础，厉兵秣马，艰苦奋战，在这个舞台上大显身手吧.'     

模糊控制在静电悬浮转子微陀螺起支中的应用

给出了一种基于UV-LIGA技术的静电悬浮转子微陀螺，提出了控制系统组成方案，为了实现转子的起支控制和稳定悬浮，模糊控制被应用于该系统中，首先，对轴向压膜阻尼和滑膜阻尼进行有限元分析，并用解析法进行分析，计算结果表明两种方法的一致性，从而得到阻尼的解析表达式。然后，建立了带偏置电压的双边支承下的数学模型，并对数学模型进行模糊控制仿真研究，仿真结果表明，相对于PID控制，模糊控制具有较强的鲁棒性，具有响应速度快，自适应能力强的优点。最后，设计了悬浮控制系统，给出了硬件和软件组成。     

生物力学与基因-献给周培源教授诞辰100周年

生物界包罗万象，其中有力的作用，所以有生物力学.自Galileo, Harvey, Boreli, Hooke, Euler,Young等创始以来，生物力学阐明了 鸟飞鱼游，人体运动，血液循环，人工脏器等，对人世社会，有所贡 献.生物力学的基础是质点力学，传统地用连续体力学的概念来简化. 但近年做生物组织在应力的作用下改造的问题，引起了必须更改传统 连续体力学的几个公理的问题.我们将仔细讨论这些公理，然后指出新 公理存在的理由，是由于基因在细胞里的日常工作.基因不单主宰遗传， 变异；并且忙着控制日常生活.不过，现在仅见其端倪.详细的情形，要 等将来来阐发了.     

遗传-神经网络算法优化飞机垂尾

通过优化垂尾复合材料蒙皮铺层体系，可以减少垂直尾翼的气动变形，进而改善飞机的方向安定性。采用遗传算法能够较好地分析这类复杂优化问题，但遗传算法的计算工作量大，计算所需时间过长。本文提出遗传一神经网络的算法，该算法首先采用神经网络预测遗传变量的值，进而缩短遗传变量的范围，然后采用遗传算法优化得到最优解。结果表明，这种方法在保证计算精度的情况下，减少了计算时间，提高了工作效率。     

二氧化碳爆破射流温度场演化规律实验研究

为了研究二氧化碳爆破射流温度场的演化规律，构建了二氧化碳爆破红外热成像实验系统，开展了二氧化碳爆破实验，分析了二氧化碳爆破射流的空间发展和温度演变过程。研究结果表明：在出现超温现象之前，二氧化碳射流的温度梯度分别为外圈最高、内圈稍低，核心区域温度最低；当出现超温现象时，射流的温度梯度分别为外圈最低、内圈稍高，核心区域温度最高；射流周围的环境温度呈现先降低，后升高的现象。初始泄能压力越高，二氧化碳爆破射流的温度峰值越高，最高温度达到了133.7℃，到达温度峰值所需的时间越长；初始泄能压力越低，温度谷值越低，最低温度为-3.4℃，到达温度谷值所需的时间越短；射流温度的峰值基本出现在二氧化碳爆破器泄能的初始阶段，随后小幅度上升，再跌入谷值。射流升温的主要阶段在管内，二氧化碳爆破射流的温度总体呈现先上升后下降的趋势。     

水冷却对高温花岗岩的细观损伤及动力学性能影响

为探讨高温花岗岩经水冷却后的细观结构损伤及动态力学性能，对水冷却后高温花岗岩开展波速和核磁共振测试，分离式霍普金森压杆冲击试验，以及冲击破碎试样的扫描电镜观察，分析比较不同状态下花岗岩波速、孔隙度和动力学参数的变化规律。研究发现:随着温度升高，经水冷却处理后高温花岗岩波速非线性下降，大孔径孔隙度分量增大，且水冷却后试样的孔隙孔径尺寸和数量均大于自然冷却；水冷却后高温花岗岩动力学参数呈现出随着温度升高，峰值应力减小，峰值应变增大，弹性模量则先增大后减小的规律；由于水冷却使高温花岗岩表面温度急剧降低，产生额外的温度应力，花岗岩内部损伤加剧，表现出更低的波速与峰值应力；而水的冷淬作用一定程度上提高了表层花岗岩的硬度，降低了高温后花岗岩的塑性能力，与自然冷却相比水冷却后花岗岩的峰值应变减小，弹性模量增大，表现出脆性破坏特征。在温度低于400 ℃时，冷却方式对冲击裂纹影响不大，随着温度升高到800 ℃，自然冷却后花岗岩冲击断面呈蜂窝状，而水冷却后冲击断面则相对平整。     

固液双相作用下多孔自润滑表面渗流行为分析

以多孔自润滑材料为研究对象，分析载荷作用下多孔基体变形和润滑液在孔隙中的流动特性，探讨多孔表面渗流速度随加载时间变化，分析固-液双相作用下多孔表面渗流与润滑行为.结果表明，多孔基体变形后，孔隙内储存的润滑液受迫流动，在多孔表面发生渗入和析出的流动现象.润滑液在接触区向多孔基体渗入，在接触区入口向多孔表面析出.恒定载荷下，入口两侧润滑液不能保持稳定的渗流现象，而随加载时间呈现出扩散和波动的变化过程.在竖直方向上，多孔材料内的最大流体压力发生在上表面，最大固相应力发生在靠近上表面的次表面位置.随加载时间延长，磨擦界面的液相承载力先增大后降低，固相承载力先降低后增大，最终液相承载力降低为零，外载荷全部由固相材料承担.适当增加载荷能提高润滑液在多孔表面上的渗流速度，改善润滑状态，但也使得润滑液的渗流速度波动更为剧烈.     

泡沫铝内衬对抗内部爆炸钢筒变形的影响

为提高承受内部爆炸载荷钢筒的抗爆性能，研究了泡沫铝内衬对钢筒变形的影响。首先通过对比实验，发现在本文的实验条件下，泡沫铝内衬导致钢筒变形增大，甚至发生了严重的破坏；进而建立有限元模型，研究了钢筒变形随爆炸当量、泡沫铝内衬厚度的变化机理和规律。结果表明，添加足够厚度的泡沫铝内衬能够减小钢筒变形，但泡沫铝厚度不足时，则可能起到相反的效果。对于固定尺寸的含泡沫铝内衬钢筒，随着爆炸当量增加，泡沫铝内衬对钢筒塑性变形的影响主要包含3种模式。模式1，泡沫铝可通过塑性变形吸收爆炸载荷，从而减小钢筒变形。模式2，泡沫铝内衬导致钢筒承受的载荷强度增大，钢筒塑性变形增大。模式3，泡沫铝对载荷强度的影响可忽略，泡沫铝通过增大结构质量减小钢筒塑性变形。     

沥青混合料车辙变形的离散元数值模拟

采用Burgers模型描述沥青基质的粘弹性，根据实验数据确定Burgers模型参数。借助数字图像处理方法建立试件几何模型，利用离散元法开展了车辙变形的离散元数值模拟，研究了沥青混合料在不同骨料分布、不同载荷和不同温度条件下的车辙深度变化情况。结果表明：温度对车辙变形的影响在沥青软化点附近较大，在离开软化点的范围较小；当温度较低时，混合料的整体性比较好，骨料分布对局部车辙变形的影响比较小，超载引起的车辙增量不太明显，而当温度达到或超过沥青软化点时，混合料的整体性明显下降，骨料分布对局部车辙变形的影响非常突出，超载引起的车辙增量也非常显著。因此，当超载和高温组合到一起时，车辙变形会大幅度增加，将给路面安全带来严重隐患。     

参外联合激励下的簇发振荡及其机理

当周期激励频率远小于系统固有频率时，会存在快慢耦合效应，与单项激励不同，参外联合激励不仅会导致快子系统平衡曲线和分岔行为的复杂化，也会产生一些特殊的非线性现象，为此，本文以两耦合Hodgkin-Huxley细胞模型为例，引入周期参外联合激励，探讨在频域不同尺度耦合时该系统的簇发振荡的特点及其分岔机制．通过建立相应的快慢子系统，得到慢变参数变化下的快子系统的各种分岔模式以及相应的分岔行为，结合转换相图，揭示耦合系统随激励幅值变化时的动力学行为及其机理．研究表明，在激励幅值较小时，系统表现为概周期振荡，两频率分别近似于快子系统平衡曲线由Hopf分岔引起的两稳定极限环的振荡频率．概周期解随激励幅值的增加进入簇发振荡，导致这些簇发振荡的主要原因是在慢变参数变化的部分区间内，存在唯一稳定的平衡曲线，使得系统的轨迹逐渐趋向该平衡曲线，产生沉寂态，并随着慢变参数的变化，由分岔进入激发态．同时，快子系统中参与簇发振荡的稳定吸引子随激励幅值的变化也会不同，导致不同形式的簇发振荡．另外，与单项激励下的情形不同，联合激励时快子系统的部分稳定吸引子掩埋在其它稳定吸引子内，从而失去对簇发振荡的影响．