高超声速飞行器热固耦合分析

发布时间：2019-02-11 13:28

【摘要】：现如今,各个国家对于高超声速飞行器的研究越来越重视。从美国不断对高超声速飞行器进行飞行实验就可以看出,高超声速飞行器必将成为各个国家下一代飞行器研制的重点。战略意义和民用市场的价值意义不言而喻。高超声速飞行器处于一个高温高压的环境。流-热-固多物理场耦合问题一直困扰着高超声速飞行器的发展。本文利用ANSYS Workbench工作平台对这一物理过程进行模拟,模拟出飞行器机翼结构表面的压力、温度并计算出气动力和热场耦合作用下的结构变形及应力响应,为下一步飞行器防热结构的设计提供必要的参考依据。首先采用可压缩黏性的理想气体作为机翼的外围流场对机翼在0.5至6.5不同马赫数下进行流场分析。得到机翼在不同马赫数下的压力分布及温度载荷,比较最大压力值随马赫数的变化趋势。然后构建热-固耦合分析平台,将流场分析得到的温度载荷施加到机翼上进行热场分析,得到机翼温度分布形式,比较最大温度值随马赫数的变化趋势。最后将流场产生的气动力载荷和热场温度载荷同时加载到机翼上进行静力学分析,得到机翼的结构变形、应力分布。本文还对比分析机翼在不同马赫数下、忽略温度载荷作用的结构变形以及应力分布。本文提供了一种有效、快速的针对高超声速飞行器在飞行过程中产生的流-热-固弱耦合问题的模拟方法,对于其它多物理场耦合问题具有一定的借鉴意义。
[Abstract]:Nowadays, more and more attention has been paid to the research of hypersonic vehicles in various countries. From the continuous flight experiments on hypersonic vehicles in the United States, it can be seen that hypersonic vehicles will become the focus of the next generation aircraft development in various countries. The strategic significance and the value significance of the civilian market are self-evident. The hypersonic vehicle is in a high temperature and high pressure environment. The development of hypersonic vehicles has been plagued by the problem of fluid-thermal-solid-multiple physical field coupling. In this paper, the physical process is simulated by using the ANSYS Workbench working platform. The pressure and temperature of the wing surface of the aircraft are simulated, and the structural deformation and stress response under the coupling of aerodynamic and thermal fields are calculated. It provides the necessary reference for the design of the thermal protection structure of the aircraft in the next step. Firstly, the compressible viscous ideal gas is used as the outer flow field of the wing to analyze the flow field of the wing at different Mach numbers from 0.5 to 6.5. The pressure distribution and temperature load of the wing under different Mach numbers are obtained, and the variation trend of maximum pressure value with Mach number is compared. Then the thermal-solid coupling analysis platform is constructed and the temperature load obtained from the flow field analysis is applied to the wing for thermal field analysis. The temperature distribution of the wing is obtained and the variation trend of the maximum temperature value with Mach number is compared. Finally, the aerodynamic load and thermal field temperature load produced by the flow field are loaded on the wing at the same time for statics analysis, and the structural deformation and stress distribution of the wing are obtained. The structural deformation and stress distribution of wing under different Mach numbers are also analyzed. In this paper, an effective and fast simulation method for the fluid-thermal-solid weak coupling problem of hypersonic vehicle in flight is presented, which has some reference significance for other multi-physical field coupling problems.
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V219

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本文编号：2419772