發(fā)布時間：2018-01-04 06:06

  本文關(guān)鍵詞：高超聲速飛行器及防熱壁板的有限元分析　出處：《西南交通大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：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(dǎo)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(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)之一,同時高超聲速飛行器的熱環(huán)境十分復(fù)雜,它的防熱問題就也成了設(shè)計研究中的另一個關(guān)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(shè)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(chǔ)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(shè)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(xué)分析和熱分析,得到飛行器等效應(yīng)力應(yīng)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(fù)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(xué)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(yīng)力應(yīng)變分布圖以及安全系數(shù)分布圖。進行防熱結(jié)構(gòu)的動力學(xué)分析以及熱分析,對于將來可重復(fù)使用的飛行器的熱噪聲疲勞分析和熱顫振分析等問題的研究都是具有非常意義的。
[Abstract]:Hypersonic aircraft in supersonic or hypersonic flight, because the viscous effect of the influence of air temperature to gas around the aircraft surface increased, has a strong impact on the aerodynamic heating problems, the normal flight of hypersonic vehicle and the safety coefficient is extremely serious. So far, the simple geometric structure (e.g. beam, plate, etc.) of the wing aerodynamic force, more research caused by aerodynamic heating and structure coupling aerothermoelasticity problem, the whole aircraft aerodynamic force with the outside environment, thermal analysis less. Hypersonic aerodynamic problems have become one of the key technologies in aircraft design, at the same time, the thermal environment of hypersonic vehicle the thermal problem is very complex, it has become another key problem in the design of the hypersonic aerodynamic characteristics and thermal analysis, thermal structure imitation It is of great significance to the analysis of hypersonic vehicle design and material. Based on the references, the paper described the development situation of the hypersonic technology, research status at home and abroad the dynamic aerodynamic heating and the necessity to carry out the work. The characteristics of the flow and thermal environment on the flight of hypersonic flow the analysis of the system. A brief overview of the basic knowledge of geometric modeling in Pro/E 3D modeling software and Ansys Workbench finite element analysis on the platform of modeling and analysis of ideas and characteristics, made a brief description of the grid generation technique and quality requirements. The use of three-dimensional modeling of typical X-51A aircraft by Pro/E software, realized parametric modeling, modified to drive the model changes by size, the update process takes only a few seconds to complete the use of its Workbench. Materials, boundary conditions and mesh pre-processing operation, calculated by FLUNT in the Maher number is 6, 0-8. angle of attack under the conditions of the lift, the characteristic parameters of the drag coefficient of gas, obtained the aircraft surface pressure distribution and velocity vector diagram, three-dimensional flow diagram. In addition, the dynamic analysis and thermal analysis the overall structure of aircraft, the aircraft equivalent stress strain diagram. Natural frequencies and mode shapes in rigid motion state, the temperature distribution and heat flux distribution of vehicle system. The results obtained are consistent with the reentry test, study the coupling research results to a certain extent, is beneficial to carry out follow-up and complex aircraft physical field. And also the thermal structure of stiffened panel is typical aircraft for 3D modeling, dynamics analysis and thermal analysis, the uniform and non uniform temperature The panel mode field are analyzed, get the change curve of vibration frequency, wall equivalent stress and strain distribution and the safety factor distribution. The dynamic analysis of thermal structure and thermal analysis, for the future study of reusable spacecraft thermal noise fatigue analysis and thermal flutter analysis problems are it is of great significance.

【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V244.1

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本文編號：1377354