高超声速环境D6AC钢结构多物理场耦合模拟

王文瑞，叶 伟，王 帅，温晓东

(1. 北京科技大学 机械工程学院, 北京 100083；2. 北京科技大学 流体与物质相互作用教育部重点实验室, 北京 100083；3. 中国航天科工集团有限公司磁悬浮与电磁推进技术研究院, 北京 100143；4. 天津航天机电设备研究所，天津 300301)

高超声速飞行器服役时，由于空气压缩，产生大量内能，同时气流与热防护材料表面剧烈摩擦，产生大量摩擦热，在材料表面形成一个高温高压的极端环境，导致飞行器结构内部产生大温度梯度，进而引起飞行器结构材料失效. 材料失效会降低飞行稳定性，影响飞行器服役安全，因此研究热防护材料在多物理场耦合作用下的失效问题具有重大意义. 为了深入分析材料失效，本文将开始实验至D6AC钢材料破坏的时长定义为安全飞行时间[1-3].

Ognjanovic等[4]利用ANSYS Workbench建立了导弹结构的热流固耦合分析模型，研究了在2.3和3.7马赫数下气动力和气动热对结构变形的影响，并通过静态结构试验对模拟结果进行了验证，结果表明气动热对结构变形的影响远大于气动力. 董维中等[5-7]建立了初步的表面温度分布与气动热耦合计算方法，以C-C为表面材料，考虑热化学非平衡和表面温度分布的因素，研究了C-C烧蚀对再入体头部区域的壁面温度和热流分布的影响，而后又采用多种气体模型算法，并讨论了它们对激波脱体距离、壁面热流、温度和密度分布等的影响. 李桦等[8]运用了Baldwin-Lomax湍流模型，计算了在攻角为5°时钝锥体迎风面的压力分布和横向……