高速飞行器壁板热颤振的非线性动力学分析

陈佳川，方 勃，杨靖宇

(沈阳航空航天大学 航空航天工程学部(院)，沈阳 110136)



高速飞行器壁板热颤振的非线性动力学分析

陈佳川，方 勃，杨靖宇

(沈阳航空航天大学 航空航天工程学部(院)，沈阳 110136)

研究了高超声速飞行器壁板热颤振的非线性动力学问题。应变-位移关系基于Von-Karman薄板大变形理论，采用三阶活塞理论计算气动力，利用Hamilton原理建立了高超音速气流中热环境下二维壁板颤振模型。用Galerkin方法在模态空间对非线性壁板颤振方程进行离散化。运用李普诺夫理论判断受热壁板颤振的临界流速。采用数值方法在时域内求解受热壁板在高超声速气流中气动力作用下的颤振响应，分析来流速度和热效应对壁板颤振稳定性和壁板颤振边界的影响。

非线性气动力；活塞理论；壁板颤振；热效应

壁板颤振是飞行器壁板在气动力、惯性力和弹性力作用下而发生的一种自激振动，可能对高速飞行器结构的疲劳强度、飞行性能和飞行安全带来不利的影响，甚至会引起飞行器的动力失稳。在马赫数大于2.2的超声速和高超声速壁板颤振的研究中，气动加热效应不可忽略。这时在弹性力、惯性力、气动力和热载荷的耦合作用下，结构、材料、气动力等方面的非线性效应异常显著，必须采用非线性的颤振理论进行研究。Chen和Mei[1]利用模态截断法研究了热影响下高超音速气流中壁板的颤振问题，给出了可能的动力学行为。Xia和Yang[2-3]研究了超音速气流中二维受热壁板的稳定性和颤振响应。……