隨著飛行器速度的不斷提高,高超聲速流動下的熱氣動彈性問題受到越來越多的關注。與常規(guī)的氣動彈性問題不同,熱氣動彈性問題涉及到高溫氣體效應、邊界層效應、結構熱傳導以及熱輻射等研究內(nèi)容,需要計算流體力學（CFD）、計算結構力學（CSD）、計算熱力學（CTD）等多門學科的相互配合才能使問題得以解決。針對上述多學科交叉問題,本文提出了一種雙向耦合的多場耦合模型,實現(xiàn)了高超聲速化學非平衡氣動熱與結構燒蝕一體化模擬方法。利用該方法對典型飛行器結構進行了高超聲速條件下的數(shù)值模擬與分析,驗證了 一體化模擬方法與計算程序的有效性,表明其可為相關工程提供有力的分析工具。 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２熱氣動彈性的力四面體??氣動熱所形成的熱環(huán)境與構成氣動彈性問題的氣動力、慣性力和彈性力形成??

??強弱程度不同的耦合關系，如圖１．３所示［７Ｌ??氣動熱輸入?＞?氣動力輸入??１１＾１１??慣性力???彈性力???？弱耦合??？強耦合??圖１．３熱氣動彈性問題耦合關系??在處理熱氣動彈性問題時，一般認為弱耦合對氣動彈性特性影響不大，只需??要考慮氣動加熱對結構的影響，而不考慮結構變形對加熱的影響，即單向耦合。??單向耦合的分析思路是首先計算作用在飛行器表面的氣動加熱熱流，接著對結構??進行瞬態(tài)熱傳導分析，得到溫度場，再進行結構溫度場上的氣動彈性分析。采用??單向耦合必須要滿足三個假設條件［８］：?１）忽略結構變形產(chǎn)生的熱量；２）氣動熱??系統(tǒng)的特征時間遠大于氣動彈性系統(tǒng)的響應時間；３）結構的彈性變形較小，不??會引起結構溫度場分布的變化。如果研究對象的柔度較大，在進行耦合時必須考??慮結構變形導致的氣流分布變化，以及給溫度場的空間分布所帶來的改變，因此??必須采用雙向耦合。??當進行熱氣動彈性分析的時候

因為耦合軟件是針對較小的場景而開發(fā)的，其重點是靈活性，而不是擴展性。理??想的方法是在不影響靈活性的情況下提高耦合方法的擴展性。存在兩種比較實際??的解決方案。圖１．?４表示了順序執(zhí)行與交錯執(zhí)行兩種不同的并行耦合方案。Ｆ１??至Ｆ９１表示流體求解器，Ｃ表示處理耦合的中央核心（耦合器），Ｓ表示結構求??解器。??？）?Ｆ１?＇＊＞?ｔ??〇３｜?■?■??Ｆ３｜＜—＾?Ｃ?Ｓ?圍?＿??ｔｉｍｅ??圖１．４并行耦合的順序執(zhí)行與交錯執(zhí)行??圖１．４?ｂ）展示了耦合的順序執(zhí)行方案。這意味著流體、結構和耦合總是一個??接一個地按順序執(zhí)行計算。順序耦合方案帶來的問題是，在耦合計算和結構求解??７??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]高超聲速氣動熱預測技術及發(fā)展趨勢[J]. 彭治雨,石義雷,龔紅明,李中華,羅義成.  航空學報. 2015(01)
[2]高超聲速飛行器氣動彈性力學研究綜述[J]. 楊超,許赟,謝長川.  航空學報. 2010(01)
[3]一種新的動網(wǎng)格方法及其應用[J]. 劉學強,李青,柴建忠,N.Qin.  航空學報. 2008(04)
[4]高超聲速飛行器飛行特性和控制的若干問題[J]. 朱云驥,史忠科.  飛行力學. 2005(03)
[5]鈍體高超聲速氣動加熱與結構熱傳遞耦合的數(shù)值計算[J]. 夏剛,劉新建,程文科,秦子增.  國防科技大學學報. 2003(01)

博士論文
[1]有相對運動的多體分離過程非定常數(shù)值算法研究及實驗驗證[D]. 王巍.國防科學技術大學 2008

碩士論文
[1]一種熱氣動彈性的多場耦合方法及其實現(xiàn)[D]. 趙旭升.浙江大學 2016
[2]變形網(wǎng)格計算方法研究及其應用[D]. 呂超.國防科學技術大學 2010
[3]基于Volterra級數(shù)的非定常氣動力和氣動彈性分析[D]. 李勇.西北工業(yè)大學 2007



本文編號：3523437