高超声速热气动弹性中结构热边界影响研究

叶坤, 叶正寅, 屈展

(西北工业大学 航空学院, 陕西 西安　710072)



高超声速热气动弹性中结构热边界影响研究

叶坤, 叶正寅, 屈展

(西北工业大学 航空学院, 陕西 西安710072)

摘要：基于分层求解思路研究结构热边界对高超声速飞行器全动舵面和翼面结构热气动弹性特性的影响。首先,基于CFD求解N-S方程得到热环境,在此基础上进行结构的瞬态热传导分析,进而分析结构由于温度梯度产生的热应力和温度对材料属性的影响下的模态固有特性,然后将结构振型插值到气动网格上,最后,通过求解Euler方程得到流动参数,基于CFD的当地流活塞理论计算气动力,在状态空间中进行了气动弹性分析。通过对4组结构模型进行热气动弹性分析,研究了结构热边界对舵面和翼面热气动弹性的影响,结果表明:对全动舵面而言,结构热边界首先会影响舵轴处结构的热传导过程及温度分布,进而对结构固有频率、频率间距、颤振速度以及颤振频率的变化产生的影响达到了16%。对翼面而言,结构热边界对结构固有频率、频率间距、颤振速度以及颤振频率的变化产生的影响约为1%。因此,工程实际当中,进行热气动弹性分析时应采用合理的结构热边界。

关键词：高超声速;热气动弹性;结构热边界;气动加热;当地流活塞理论

吸气式高超声速飞行器高速飞行时,气动加热效应明显, 飞行器将承受巨大的定常与非定常气动力载荷和气动加热引起的热载荷,此时,结构的弹性力、惯性力、气动力和热应力之间的相互作用将引发热气动弹性问题,气动热效应引起飞行器结构刚度特性的变化将有可能导致颤振速度下降。……