多年来,由于线性气弹理论的完备性,设计师们总是极力避免非线性的发生。然而非线性现象无处不在,在某些情况下,非线性效应对结构影响很大,甚至会起到关键影响。按照线性理论,结构超过临界颤振速度后响应会趋于无穷大,而在实际情况下,由于非线性的影响,结构会做等幅周期振荡,即极限环运动,飞行器主要由于疲劳问题造成结构破坏。因此,有必要通过非线性理论对其进行气动弹性分析。针对非线性气动弹性分析需求,本文建立了多自由度舵结构的动力学方程、基于时域辨识方法辨识结构非线性参数并通过了地面振动试验验证、建立非定常气动力时域快速计算模型,形成一套完整的间隙非线性结构气动弹性分析体系,为非线性颤振问题提供理论指导和技术支持。具体研究内容如下:运用固定界面模态综合法建立多自由度结构动力学方程,由双协调条件提取非线性内力项,获得含非线性因素的多自由结构非线性动力学模型。并通过算例进行模型的仿真与理论验证。通过固定界面模态综合法获得的结构的非线性动力学方程,基于Hilbert变换法分别获得结构阻尼、刚度随时间的变化,从而获得对应的响应-回复力关系,由优化算法拟合非线性参数。经过自研含间隙非线性舵结构仿真,验证辨识方法的有效性。开展自研舵结构的参数辨识试验,证明Hilbert时域辨识法的准确性。验证完成后,将该辨识方法用于一个空气舵结构的参数辨识中。基于ZONA7法经时域化获得的非定常气动力快速计算模型,与间隙非线性舵结构动力学方程结合,进行了含间隙舵结构气动弹性动力学特性研究。分析了线性舵结构的气动弹性,并在此基础上深入探究非线性舵结构气动弹性问题。本文研究的含间隙非线性舵结构气动弹性建模方法可以广泛应用于含非线性因素影响的典型结构中,为非线性气动弹性分析提供了有效手段。