基于雙向耦合的高超聲速壁板熱氣動彈性問題研究.pdf

1、本文在全面回顧傳統(tǒng)熱氣動彈性分析方法及其工程應(yīng)用的基礎(chǔ)上，采用基于氣動熱、氣動彈性雙向耦合的方法，對高超聲速帶熱防護層的壁板進行了氣熱彈響應(yīng)分析。工作主要包括以下幾個方面：
　　1、建立了高超聲速流場的工程近似模型，采用三階活塞理論計算無粘非定常氣動力，采用參考焓法計算可壓縮邊界層氣動生熱。該氣動力模型考慮了結(jié)構(gòu)變形對氣動生熱的影響，是實現(xiàn)雙向耦合分析的關(guān)鍵。
　　2、對一塊帶熱防護層的金屬壁板，分別建立了熱傳導(dǎo)和氣動彈性的

2、分析模型。考慮了沿弦向和厚度方向非均勻溫度分布的影響、熱量隨時間積累效應(yīng)的影響，以及溫度對材料屬性和邊界條件的影響。通過與經(jīng)典算例的比對，驗證了計算模型的正確性。
　　3、基于氣動熱-氣動彈性雙向耦合的思路，將上述建立的氣動力、氣動熱、熱傳導(dǎo)和氣動彈性計算耦合起來，在Mathmatica中建立了綜合的熱氣彈模型。分析從三方面展開：1)顫振邊界的預(yù)測；2)非線性顫振響應(yīng)；3)動穩(wěn)定響應(yīng)。詳細(xì)考察了不同耦合方法(單向耦合與雙向耦合)對

3、熱氣彈計算精度的影響以及兩種時域簡化的耦合算法(靜態(tài)耦合與時均動態(tài)耦合)對計算效率的影響。結(jié)果表明，雙向耦合的壁板熱氣彈分析結(jié)果較單向耦合更嚴(yán)峻；采用準(zhǔn)靜態(tài)和動態(tài)時均的時域簡化算法，可以極大地提高計算效率。
　　4、結(jié)合有限元分析軟件MSC.Nastran，將雙向耦合的熱氣彈方法進行推廣，在Isight集成平臺上建立了熱-流-固耦合計算流程。通過與自編靜態(tài)熱氣彈程序的算例比對，驗證了集成方法的可靠性。為今后將雙向耦合方法推向工程應(yīng)