考虑热累积效应的高超声速翼面气动弹性分析方法

123456aa · 发表于 2022-3-27 12:35:47

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超声速飞行器面临复杂的飞行环境和苛刻的设计要求，热环境下的气动弹性题目得到了广泛的关注。鉴于针对飞行器整体或部件的热气动弹性研究还很不充分，本文发展了一种分析翼面在高超声速流中随时间变化的气动弹性特性的工程方法。利用气动热-气动弹性双向耦合思路，研究了气动热流与刚性气流参数、结构弹性变形及温度场之间的关系，用当地流活塞理论修正弹性气流参数进而修正对流热流。根据不同学科的分析特征时间设计了各耦合系统之间的数据传递方式，建立了飞行状态随时间变化的热气动弹性分析流程。通过对比不同方法所得的气动力、温度场及结构变形，验证了方法的准确性。在此基础上针对高超声速翼面，建立热传导和结构有限元模型，用高阶面元法计算气动力，利用在静气弹分析中输入热刚度矩阵和外部气动力的方法，发展了考虑热累积效应的高超声速气动弹性工程方法。对算例的分析表明该方法可以应用于设计工作中，有一定实际意义。分析表明温度场主要受刚性气流参数和壁温的影响，而变形对温度场的影响也不能忽略。飞行状态主要通过影响刚性气流参数而影响温度分布和结构变形。实际结构中温度场的分布十分复杂，难以用简单规律模拟。温度场对固有模态和气动弹性特性影响显著，热应力对刚度影响机理复杂，在材料属性和热应力的作用下，最危险状态点不一定是温度最高的点。

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