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候，因為空氣的粘性作用影響，導致飛行器表面周圍氣體溫度升高，產(chǎn)生強烈的氣動加熱問題，對高超飛行器的正常飛行和安全系數(shù)的影響是極其嚴重的。到目前為止，針對簡單幾何結(jié)構(gòu)（如梁、板、機翼等）的氣動力、氣動熱與結(jié)構(gòu)相互耦合引起的氣動熱彈性問題的研究較多，對飛行器整體同外界環(huán)境的氣動力、熱分析較少。高超聲速氣動問題已經(jīng)成為飛行器設計中的關鍵技術(shù)之一，同時高超聲速飛行器的熱環(huán)境十分復雜，它的防熱問題就也成

2、了設計研究中的另一個關鍵問題，因此，進行高超聲速飛行器氣動特性及熱分析、防熱結(jié)構(gòu)的仿真分析對高超聲速飛行器設計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，綜述了高超聲速技術(shù)的發(fā)展情況，國內(nèi)外氣動力氣動熱的研究現(xiàn)狀及開展此項工作的必要性。對高超聲速氣流的流動特點及飛行器飛行的熱環(huán)境進行了系統(tǒng)的分析。簡單概述了幾何建模的基礎知識，在Pro/E三維造型軟件及Ansys Workbench有限元分析平臺上探討了建模及分析思

3、路和特點，對網(wǎng)格生成技術(shù)及質(zhì)量要求作出了簡要說明。利用了Pro/E軟件對典型的X-51A飛行器進行了三維建模，實現(xiàn)了參數(shù)化建模，通過尺寸修改來驅(qū)動整個模型的修改，更新的過程僅需數(shù)秒鐘就可完成。利用Workbench對其進行材料設置，邊界條件及網(wǎng)格劃分等前處理操作，通過FLUNT計算了在馬赫數(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、三維流線圖。另外，對飛行器整體結(jié)構(gòu)進行動力學分析和

4、熱分析，得到飛行器等效應力應變圖。在剛體運動狀態(tài)下的固有振動頻率及振型，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相符，研究成果在一定程度上有益于開展飛行器后續(xù)的耦合及復雜物理場的研究。
　　同時本文對飛行器典型的加筋壁板防熱結(jié)構(gòu)也進行了三維建模、動力學分析及熱分析等研究，對均勻及非均勻溫度場下的壁板模態(tài)進行了分析對比，得到振動頻率的變化曲線圖，壁板的等效應力應變分布圖以及安全系數(shù)分布圖。進行防熱結(jié)構(gòu)