一种面向高超声速飞行器的多场耦合技术及其实现

发布时间：2021-11-28 01:40

　　随着飞行器速度的不断提高,高超声速流动下的热气动弹性问题受到越来越多的关注。与常规的气动弹性问题不同,热气动弹性问题涉及到高温气体效应、边界层效应、结构热传导以及热辐射等研究内容,需要计算流体力学（CFD）、计算结构力学（CSD）、计算热力学（CTD）等多门学科的相互配合才能使问题得以解决。针对上述多学科交叉问题,本文提出了一种双向耦合的多场耦合模型,实现了高超声速化学非平衡气动热与结构烧蚀一体化模拟方法。利用该方法对典型飞行器结构进行了高超声速条件下的数值模拟与分析,验证了 一体化模拟方法与计算程序的有效性,表明其可为相关工程提供有力的分析工具。 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．２热气动弹性的力四面体??气动热所形成的热环境与构成气动弹性问題的气动力、惯性力和弹性力形成??

??强弱程度不同的耦合关系，如图１．３所示［７Ｌ??气动热输入?＞?气动力输入??１１＾１１??惯性力???弹性力???？弱耦合??？强耦合??图１．３热气动弹性问题耦合关系??在处理热气动弹性问题时，一般认为弱耦合对气动弹性特性影响不大，只需??要考虑气动加热对结构的影响，而不考虑结构变形对加热的影响，即单向耦合。??单向耦合的分析思路是首先计算作用在飞行器表面的气动加热热流，接着对结构??进行瞬态热传导分析，得到温度场，再进行结构温度场上的气动弹性分析。采用??单向耦合必须要满足三个假设条件［８］：?１）忽略结构变形产生的热量；２）气动热??系统的特征时间远大于气动弹性系统的响应时间；３）结构的弹性变形较小，不??会引起结构温度场分布的变化。如果研究对象的柔度较大，在进行耦合时必须考??虑结构变形导致的气流分布变化，以及给温度场的空间分布所带来的改变，因此??必须采用双向耦合。??当进行热气动弹性分析的时候

因为耦合软件是针对较小的场景而开发的，其重点是灵活性，而不是扩展性。理??想的方法是在不影响灵活性的情况下提高耦合方法的扩展性。存在两种比较实际??的解决方案。图１．?４表示了顺序执行与交错执行两种不同的并行耦合方案。Ｆ１??至Ｆ９１表示流体求解器，Ｃ表示处理耦合的中央核心（耦合器），Ｓ表示结构求??解器。??？）?Ｆ１?＇＊＞?ｔ??〇３｜?■?■??Ｆ３｜＜—＾?Ｃ?Ｓ?圍?＿??ｔｉｍｅ??图１．４并行耦合的顺序执行与交错执行??图１．４?ｂ）展示了耦合的顺序执行方案。这意味着流体、结构和耦合总是一个??接一个地按顺序执行计算。顺序耦合方案带来的问题是，在耦合计算和结构求解??７??

【参考文献】：
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博士论文
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硕士论文
[1]一种热气动弹性的多场耦合方法及其实现[D]. 赵旭升.浙江大学 2016
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本文编号：3523437