考虑防热层以及烧蚀的高超声速飞行器动特性计算模型研究

王亮 张妍 蔡毅鹏 蔡文杰

摘 要：针对全大气层滑翔的高超声速飞行器动特性预示需求， 本文提出了考虑防热层以及烧蚀的高超声速飞行器截面刚度计算模型。 首先， 提出了三层组合的高超声速飞行器截面刚度计算模型， 分别为最内层承力金属壳体、 中间防热层原始层和最外防热层烧蚀层。 其次， 根据刚度线性叠加原理， 给出了各层以及总的截面刚度参数的计算方法。 最后， 针对实际使用， 给出了高超声速飞行器结构动特性具体的计算分析程序和步骤。

关键词：     高超声速;  动特性;  热防护系统;  烧蚀效应;  抗弯刚度

中图分类号：     TJ760; V212.11 文献标识码：    A  文章编号：     1673-5048（2021）06-0072-04

0 引  言

高超声速飞行器是结构组成十分复杂的弹性体， 其动力学稳定性设计是飞行器稳定飞行的前提， 而结构动力学特性是飞行器姿态稳定控制系统设计的关键参数之一， 参数的准确性将直接影响飞行成败。 结构动力学特性预示是理论性和实践性较强的一项工作， 因此其重要性不言而喻。

在分析细长体的高超声速飞行器时， 常采用梁单元进行模态分析。 学者们在梁单元精确分析方面进行了大量的研究[1-9]， 提出了较多梁单元刚度精细化建模方法。 如多种截面剪切系数计算方法， 对梁单元中的剪切效应进行有效修正;  包含自重项的细长梁单元刚度矩阵， 其中考虑了轴力对弯曲刚度的影响及弯矩引起的轴向刚度修正系数;  针对管状复合材料梁提出一种复合梁单元的有限元建模新方法。……