隨著飛行器速度的不斷提高,高超聲速流動(dòng)下的熱氣動(dòng)彈性問(wèn)題受到越來(lái)越多的關(guān)注。與常規(guī)的氣動(dòng)彈性問(wèn)題不同,熱氣動(dòng)彈性問(wèn)題涉及到高溫氣體效應(yīng)、邊界層效應(yīng)、結(jié)構(gòu)熱傳導(dǎo)以及熱輻射等研究?jī)?nèi)容,需要計(jì)算流體力學(xué)（CFD）、計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)（CSD）、計(jì)算熱力學(xué)（CTD）等多門學(xué)科的相互配合才能使問(wèn)題得以解決。針對(duì)上述多學(xué)科交叉問(wèn)題,本文提出了一種雙向耦合的多場(chǎng)耦合模型,實(shí)現(xiàn)了高超聲速化學(xué)非平衡氣動(dòng)熱與結(jié)構(gòu)燒蝕一體化模擬方法。利用該方法對(duì)典型飛行器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了高超聲速條件下的數(shù)值模擬與分析,驗(yàn)證了 一體化模擬方法與計(jì)算程序的有效性,表明其可為相關(guān)工程提供有力的分析工具。 

【文章來(lái)源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：89 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２熱氣動(dòng)彈性的力四面體??氣動(dòng)熱所形成的熱環(huán)境與構(gòu)成氣動(dòng)彈性問(wèn)題的氣動(dòng)力、慣性力和彈性力形成??

??強(qiáng)弱程度不同的耦合關(guān)系，如圖１．３所示［７Ｌ??氣動(dòng)熱輸入?＞?氣動(dòng)力輸入??１１＾１１??慣性力???彈性力???？弱耦合??？強(qiáng)耦合??圖１．３熱氣動(dòng)彈性問(wèn)題耦合關(guān)系??在處理熱氣動(dòng)彈性問(wèn)題時(shí)，一般認(rèn)為弱耦合對(duì)氣動(dòng)彈性特性影響不大，只需??要考慮氣動(dòng)加熱對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，而不考慮結(jié)構(gòu)變形對(duì)加熱的影響，即單向耦合。??單向耦合的分析思路是首先計(jì)算作用在飛行器表面的氣動(dòng)加熱熱流，接著對(duì)結(jié)構(gòu)??進(jìn)行瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析，得到溫度場(chǎng)，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)上的氣動(dòng)彈性分析。采用??單向耦合必須要滿足三個(gè)假設(shè)條件［８］：?１）忽略結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生的熱量；２）氣動(dòng)熱??系統(tǒng)的特征時(shí)間遠(yuǎn)大于氣動(dòng)彈性系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間；３）結(jié)構(gòu)的彈性變形較小，不??會(huì)引起結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)分布的變化。如果研究對(duì)象的柔度較大，在進(jìn)行耦合時(shí)必須考??慮結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致的氣流分布變化，以及給溫度場(chǎng)的空間分布所帶來(lái)的改變，因此??必須采用雙向耦合。??當(dāng)進(jìn)行熱氣動(dòng)彈性分析的時(shí)候

因?yàn)轳詈宪浖轻槍?duì)較小的場(chǎng)景而開(kāi)發(fā)的，其重點(diǎn)是靈活性，而不是擴(kuò)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(kuò)展性。存在兩種比較實(shí)際??的解決方案。圖１．?４表示了順序執(zhí)行與交錯(cuò)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(jié)構(gòu)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(cuò)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(jié)構(gòu)和耦合總是一個(gè)??接一個(gè)地按順序執(zhí)行計(jì)算。順序耦合方案帶來(lái)的問(wèn)題是，在耦合計(jì)算和結(jié)構(gòu)求解??７??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高超聲速氣動(dòng)熱預(yù)測(cè)技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 彭治雨,石義雷,龔紅明,李中華,羅義成.  航空學(xué)報(bào). 2015(01)
[2]高超聲速飛行器氣動(dòng)彈性力學(xué)研究綜述[J]. 楊超,許赟,謝長(zhǎng)川.  航空學(xué)報(bào). 2010(01)
[3]一種新的動(dòng)網(wǎng)格方法及其應(yīng)用[J]. 劉學(xué)強(qiáng),李青,柴建忠,N.Qin.  航空學(xué)報(bào). 2008(04)
[4]高超聲速飛行器飛行特性和控制的若干問(wèn)題[J]. 朱云驥,史忠科.  飛行力學(xué). 2005(03)
[5]鈍體高超聲速氣動(dòng)加熱與結(jié)構(gòu)熱傳遞耦合的數(shù)值計(jì)算[J]. 夏剛,劉新建,程文科,秦子增.  國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2003(01)

博士論文
[1]有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的多體分離過(guò)程非定常數(shù)值算法研究及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[D]. 王巍.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2008

碩士論文
[1]一種熱氣動(dòng)彈性的多場(chǎng)耦合方法及其實(shí)現(xiàn)[D]. 趙旭升.浙江大學(xué) 2016
[2]變形網(wǎng)格計(jì)算方法研究及其應(yīng)用[D]. 呂超.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2010
[3]基于Volterra級(jí)數(shù)的非定常氣動(dòng)力和氣動(dòng)彈性分析[D]. 李勇.西北工業(yè)大學(xué) 2007



本文編號(hào)：3523437