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飞行器气动弹性力学是研究弹性飞行器在气流作用下的力学行为的一门学科，其研究内容涉及空气动力学、固体力学及控制理论等多个学科，属于多学科交叉学科。在早期的飞行器设计过程中，设计师主要通过试验来获取飞行器气动弹性特性。由于气动弹性风洞试验过程复杂、精度有限且试验非常危险，一般很难准确得到飞行器的气动弹性特性。20世纪90年代中后期以来，计算流体动力学（CFD）和计算结构动力学（CSD）的发展，特别是CFD中基于欧拉（Euler）方程、雷诺平均Navier-Stokes方程的数值模拟、计算结构力学中有限元计算方法的日益成熟，为飞行器气动弹性问题的研究提供了条件。
依据研究问题是否涉及结构和气动方面的非线性因素，计算气动弹性大致可分为经典的线性气动弹性分析和较复杂的非线性气动弹性分析 ［2］ 。经典气动弹性分析概念清晰，结果相对可靠且计算量小，因此在飞行器设计阶段得到了广泛应用。由于该分析采用了线性化假设，如结构模态理论、小扰动假设的非定常气动力模型等，气动弹性系统的求解退化为系统矩阵的复特征值计算问题，从而能够快速判断系统的稳定性。目前，线性的亚/超音速气动弹性分析，如静气动弹性、颤振、阵风响应和伺服颤振等已经成熟 ［3-5］ ，建立飞行器的有限元模型后，通过模态分析得到刚体和弹性结构的振型及固有频率。非定常气动力模型基于平板气动力理论，如适用于亚音速分析的偶极子格网法、超音速分析精度较好的活塞理论等。结构振型由表面样条方法插值到气动网格，从而实现结构和气动力项的频域耦合求解。以各分支模态的阻尼信息作为判据，可以确定给定马赫数下的颤振动压和频率，并可判断哪些阶次的结构模态参与了颤振耦合。相关的软件也成为气动弹性设计的常规手段。由于计算效率极高，线性颤振分析还可以集成到多学科优化设计中。
对于气动弹性问题，结构和气动中的任一项包含了非线性因素后，经典分析方法中的简化处理将不再适用，因此需要进行时域的非线性气动弹性分析。在结构非线性方面，以间隙为代表的接触非线性、大变形引起的几何非线性和弹/塑性带来的材料非线性等是常规的分类方式。气动弹性非线性主要包括激波运动、激波/边界层干扰和气流分离，以及低雷诺数条件下带来的层流分离泡、升力因数小攻角非线性效应、静态迟滞效应等。目前，国内外针对各类飞行器气动弹性问题进行的研究已经扩展到非线性气动弹性，主要采用计算流体动力学（CFD）和计算结构动力学（CSD）耦合求解的方法。
大展弦比柔性机翼通常经历较大的结构变形，具有明显的几何非线性特征，从而带来了其气动弹性的非线性。Smith M.J.和Patil M.J.等人 ［6, 7］ 较早开展了基于CFD方法的大展弦比机翼静气动弹性特性研究。机翼由Hodges-Dowell梁来模拟，气动力计算则以Euler方程为基础。Garcia J.A. ［8］ 应用精确梁理论的有限元方法，并耦合N-S方程的气动力，计算了大展弦比机翼的跨音速静气动弹性特性。Palacois R.和Cesnik C.S.、Beran P.S.和Hru J.Y.等人 ［9, 10］ 基于流固耦合方法，分别研究了超大展弦比机翼和翼身融合体飞机的静气动弹性问题。Tang D.M.和Dowell E.H. ［11］ 采用非线性梁理论和ONERA失速气动力模型，系统开展了大展弦比机翼的颤振和LCO研究。Wang Z.等人 ［12］ 进行了阵风激励和流动分离下长航时无人机机翼的非线性气动弹性分析。Kim K.S.等人 ［13］ 采用数值方法研究了具有几何非线性变形的大展弦比机翼非线性气动弹性问题。北京航空航天大学、西北工业大学、南京航空航天大学等高校也开展了这方面的研究。杨智春和党会学等人 ［14］ 用耦合Euler方程求解器和非线性结构求解器计算了大展弦比机翼的静变形，并在静变形的基础上，提取结构的剩余刚度进行了非线性颤振特性分析。谢长川等人 ［15］ 基于几何非线性梁理论计算了大展弦比机翼的静变形，并在静变形的基础上采用假设模态法获得降阶的广义质量矩阵和刚度矩阵，利用Therodrson非定常气动力模型求解广义气动力矩阵，进而求解大展弦比机翼的颤振问题。王伟等人 ［16］ 采用有限元方法与流场分析耦合方法，计算了具有几何非线变形的大展弦比机翼的静气动弹性问题。马铁林等人 ［17, 18］ 研究了弹性变形对柔性机翼气动特性影响分析。万志强等人 ［19］ 对柔性复合材料前掠翼飞机进行了静气动弹性分析。崔鹏与韩景龙等人 ［20-22］ 采用CFD/CSD的非线性气动弹性分析方法对大展弦比机翼的非线性气动弹性响应等问题进行了研究。
实际上，大展弦比柔性飞行器的气动弹性问题除了是一个几何非线性问题，还是一个飞行模态和结构模态紧耦合的复杂力学问题。特别对于超大展弦比超柔性飞行器而言，气动弹性分析不能独立于飞行模态来进行，飞行模态分析也不能独立于气动弹性分析，气动弹性分析和飞行模态分析需要统一起来进行整体系统分析。在这方面国内外已有一些研究成果。Hodges团队 ［23-25］ 基于几何精确完全本征梁模型、二维准定常气动力模型和有限状态（Finite-State）入流模型发展了HALE柔性飞机非线性气动弹性与飞行动力学耦合分析程序NATASHA。经过不断发展，NATASHA能够分析各种布局柔性飞机的静平衡、动稳定性和时域响应等。Cesnik团队 ［26］ 针对各种布局HALE柔性飞行器发展了名为UM/NAST的非线性气动弹性与飞行动力学耦合分析工具。谢长川等人 ［27］ 基于MSC.Nastran结构有限元模型和平面偶极子格网法，考虑随动载荷，分析了大展弦比柔性机翼变形对非线性颤振特性的影响。张健等人 ［28, 29］ 基于Hodges提出的几何精确完全本征运动梁模型、ONERA动失速气动力模型，建立了大展弦比柔性飞机非线性气动弹性与飞行动力学耦合模型，开展了柔性飞机非线性气动弹性与飞行动力学耦合静动态特性研究。西北工业大学周洲教授团队在分布式推进系统对太阳能无人机的飞行品质及控制等方面进行了一些卓有成效的研究 ［30-32］ ，其研究成果为本项目研究提供了宝贵的借鉴意义。