高速飞行器结构的热响应特性分析研究

发布时间：2019-04-12 16:10

【摘要】：高速飞行器在大气层内长时间飞行时,必然要受到气动加热的影响,以某带翼飞行器为研究对象,研究其结构的热响应特性,为飞行器的结构设计提供参考数据。飞行器结构的热响应分析包括飞行器结构的温度场计算、热应力分析、热变形分析以及结构的热模态分析。首先阐述了计算流体力学求解气动加热问题的基本原理,并采用ICEM网格划分软件对飞行器模型进行网格划分,在FLUENT流体计算软件中建立了高速飞行器的空气动力学模型,分析了不同工况下的气动加热效应,为飞行器结构的热响应分析提供初始条件。在求得高速飞行器稳态流场的基础上,建立了流场和飞行器的耦合传热模型,采用耦合传热的分析方法,计算了不同工况下飞行器结构的瞬态热传导过程,分析对比了不同飞行马赫数、不同飞行时间、不同飞行攻角下飞行器结构的温度场分布特点。根据热弹性力学原理和有限元分析方法,建立了飞行器结构的热弹性力学有限元模型,采用ANSYS Workbench有限元平台,将前期计算的结构温度场施加在飞行器的有限元模型上,计算了飞行器结构在不同热载荷作用下的热响应特性。采用有限元方法对飞行器尾翼的热模态特性进行了分析研究,分别计算了三种情况下尾翼结构的热模态特性,并与常温下尾翼的模态特性进行对比,来分析模态参数随温度的变化规律,并探讨了变化的物性参数和热应力对模态特性的影响程度。
[Abstract]:When a high-speed vehicle flies in the atmosphere for a long time, it is bound to be affected by aerodynamic heating. Taking a winged aircraft as the research object, the thermal response characteristics of its structure are studied in order to provide reference data for the structural design of the aircraft. Thermal response analysis of aircraft structure includes temperature field calculation, thermal stress analysis, thermal deformation analysis and thermal modal analysis of aircraft structure. Firstly, the basic principle of computational fluid dynamics (CFD) for solving aerodynamic heating problem is described, and the aero-dynamic model of high-speed aircraft is established in the FLUENT fluid computing software by using the ICEM meshing software to mesh the aircraft model. The aerodynamic heating effect under different operating conditions is analyzed, which provides the initial conditions for the thermal response analysis of aircraft structure. Based on the steady-state flow field of the high-speed aircraft, the coupled heat transfer model between the flow field and the aircraft is established, and the transient heat transfer process of the aircraft structure under different working conditions is calculated by using the coupled heat transfer analysis method. The temperature distribution characteristics of aircraft structure under different flight Mach number, different flight time and different flight angle of attack are analyzed and compared. According to the principle of thermoelastic mechanics and finite element analysis method, the thermal elastic mechanics finite element model of aircraft structure is established. Using the ANSYS Workbench finite element platform, the pre-calculated temperature field of the structure is applied to the finite element model of the aircraft. The thermal response characteristics of aircraft structure under different thermal loads are calculated. The thermal modal characteristics of the tail wing of an aircraft are analyzed by finite element method. The thermal modal characteristics of the tail wing structure under three conditions are calculated and compared with those of the tail wing at room temperature. The variation of modal parameters with temperature is analyzed, and the influence of physical parameters and thermal stress on modal characteristics is discussed.
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V214.1

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本文编号：2457165