航空学报
航空學報
항공학보
ACTA AERONAUTICA ET ASTRONAUTICA SINICA
2015年
1期
346-356
,共11页
高超声速飞行器%气动加热%燃料消耗%热气动弹性%飞行动力学建模%动力学特征
高超聲速飛行器%氣動加熱%燃料消耗%熱氣動彈性%飛行動力學建模%動力學特徵
고초성속비행기%기동가열%연료소모%열기동탄성%비행동역학건모%동역학특정
hypersonic%vehicle%aerodynamic%heating%fuel%consumption%aerothermoelasticity%modeling%of%flight%dynamics%dynamic%characteristic
高超声速飞行器一体化设计中存在气动/热/推进/结构弹性相互耦合的问题,首先根据飞行器的机体/发动机一体化设计思想构造了二维高超声速飞行器模型,并基于激波/膨胀波原理和动量定理建立了气动力模型,采用Chavez和Schmidt建立的超燃冲压发动机推进系统模型;在飞行器结构方面,引入变截面和变质量分布的自由梁结构模型,并采用Eckert参考焓方法分析的气动加热过程中承力梁不同轴向位置温度随时间变化特征,在此基础上运用模态法计算了燃料消耗和气动加热条件下结构的固有频率和振型特征,获得结构弹性变形的模型;最后建立了考虑热气动弹性和推进系统作用的飞行动力学方程.研究结果表明:质量变化对结构弹性特性影响比较显著,而气动加热的影响主要表现在振动频率方面,且会随着加热过程的持续而逐渐增强;结构变形会改变飞行器静配平状态,特别是在机体质量较大的最初飞行阶段,气动加热会强化结构变形对配平特征的影响;线性化系统的动力学特征分析表明,质量减小和结构变形均会增加短周期模态和振荡模态的不稳定特性,而对高度特性的影响不大,气动加热效应会进一步增加飞行力学和气动弹性的耦合特征,并导致弹性模态的稳定性降低.
高超聲速飛行器一體化設計中存在氣動/熱/推進/結構彈性相互耦閤的問題,首先根據飛行器的機體/髮動機一體化設計思想構造瞭二維高超聲速飛行器模型,併基于激波/膨脹波原理和動量定理建立瞭氣動力模型,採用Chavez和Schmidt建立的超燃遲壓髮動機推進繫統模型;在飛行器結構方麵,引入變截麵和變質量分佈的自由樑結構模型,併採用Eckert參攷焓方法分析的氣動加熱過程中承力樑不同軸嚮位置溫度隨時間變化特徵,在此基礎上運用模態法計算瞭燃料消耗和氣動加熱條件下結構的固有頻率和振型特徵,穫得結構彈性變形的模型;最後建立瞭攷慮熱氣動彈性和推進繫統作用的飛行動力學方程.研究結果錶明:質量變化對結構彈性特性影響比較顯著,而氣動加熱的影響主要錶現在振動頻率方麵,且會隨著加熱過程的持續而逐漸增彊;結構變形會改變飛行器靜配平狀態,特彆是在機體質量較大的最初飛行階段,氣動加熱會彊化結構變形對配平特徵的影響;線性化繫統的動力學特徵分析錶明,質量減小和結構變形均會增加短週期模態和振盪模態的不穩定特性,而對高度特性的影響不大,氣動加熱效應會進一步增加飛行力學和氣動彈性的耦閤特徵,併導緻彈性模態的穩定性降低.
고초성속비행기일체화설계중존재기동/열/추진/결구탄성상호우합적문제,수선근거비행기적궤체/발동궤일체화설계사상구조료이유고초성속비행기모형,병기우격파/팽창파원리화동량정리건립료기동력모형,채용Chavez화Schmidt건립적초연충압발동궤추진계통모형;재비행기결구방면,인입변절면화변질량분포적자유량결구모형,병채용Eckert삼고함방법분석적기동가열과정중승력량불동축향위치온도수시간변화특정,재차기출상운용모태법계산료연료소모화기동가열조건하결구적고유빈솔화진형특정,획득결구탄성변형적모형;최후건립료고필열기동탄성화추진계통작용적비행동역학방정.연구결과표명:질량변화대결구탄성특성영향비교현저,이기동가열적영향주요표현재진동빈솔방면,차회수착가열과정적지속이축점증강;결구변형회개변비행기정배평상태,특별시재궤체질량교대적최초비행계단,기동가열회강화결구변형대배평특정적영향;선성화계통적동역학특정분석표명,질량감소화결구변형균회증가단주기모태화진탕모태적불은정특성,이대고도특성적영향불대,기동가열효응회진일보증가비행역학화기동탄성적우합특정,병도치탄성모태적은정성강저.
