高超聲速飛行器及防熱壁板的有限元分析.pdf

1、高超聲速飛行器在以超聲速或者高超聲速飛行的時(shí)候，因?yàn)榭諝獾恼承宰饔糜绊?，?dǎo)致飛行器表面周?chē)鷼怏w溫度升高，產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣動(dòng)加熱問(wèn)題，對(duì)高超飛行器的正常飛行和安全系數(shù)的影響是極其嚴(yán)重的。到目前為止，針對(duì)簡(jiǎn)單幾何結(jié)構(gòu)（如梁、板、機(jī)翼等）的氣動(dòng)力、氣動(dòng)熱與結(jié)構(gòu)相互耦合引起的氣動(dòng)熱彈性問(wèn)題的研究較多，對(duì)飛行器整體同外界環(huán)境的氣動(dòng)力、熱分析較少。高超聲速氣動(dòng)問(wèn)題已經(jīng)成為飛行器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，同時(shí)高超聲速飛行器的熱環(huán)境十分復(fù)雜，它的防熱問(wèn)題就也成

2、了設(shè)計(jì)研究中的另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，因此，進(jìn)行高超聲速飛行器氣動(dòng)特性及熱分析、防熱結(jié)構(gòu)的仿真分析對(duì)高超聲速飛行器設(shè)計(jì)及選材具有十分重要的意義。
　　本文充分結(jié)合參考資料及文獻(xiàn)，綜述了高超聲速技術(shù)的發(fā)展情況，國(guó)內(nèi)外氣動(dòng)力氣動(dòng)熱的研究現(xiàn)狀及開(kāi)展此項(xiàng)工作的必要性。對(duì)高超聲速氣流的流動(dòng)特點(diǎn)及飛行器飛行的熱環(huán)境進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。簡(jiǎn)單概述了幾何建模的基礎(chǔ)知識(shí)，在Pro/E三維造型軟件及Ansys Workbench有限元分析平臺(tái)上探討了建模及分析思

3、路和特點(diǎn)，對(duì)網(wǎng)格生成技術(shù)及質(zhì)量要求作出了簡(jiǎn)要說(shuō)明。利用了Pro/E軟件對(duì)典型的X-51A飛行器進(jìn)行了三維建模，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化建模，通過(guò)尺寸修改來(lái)驅(qū)動(dòng)整個(gè)模型的修改，更新的過(guò)程僅需數(shù)秒鐘就可完成。利用Workbench對(duì)其進(jìn)行材料設(shè)置，邊界條件及網(wǎng)格劃分等前處理操作，通過(guò)FLUNT計(jì)算了在馬赫數(shù)為6,攻角0～8°等條件下的升力、阻力系數(shù)等氣動(dòng)特性參數(shù)，得到飛行器表面的壓力分布圖及速度矢量圖、三維流線(xiàn)圖。另外，對(duì)飛行器整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析和

4、熱分析，得到飛行器等效應(yīng)力應(yīng)變圖。在剛體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的固有振動(dòng)頻率及振型，飛行器總體的溫度分布及熱流密度分布圖。最終得到的分析結(jié)果與再入飛行器試驗(yàn)相符，研究成果在一定程度上有益于開(kāi)展飛行器后續(xù)的耦合及復(fù)雜物理場(chǎng)的研究。
　　同時(shí)本文對(duì)飛行器典型的加筋壁板防熱結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了三維建模、動(dòng)力學(xué)分析及熱分析等研究，對(duì)均勻及非均勻溫度場(chǎng)下的壁板模態(tài)進(jìn)行了分析對(duì)比，得到振動(dòng)頻率的變化曲線(xiàn)圖，壁板的等效應(yīng)力應(yīng)變分布圖以及安全系數(shù)分布圖。進(jìn)行防熱結(jié)構(gòu)