隨著飛行器速度的不斷提高,高超聲速流動下的熱氣動彈性問題受到越來越多的關(guān)注。與常規(guī)的氣動彈性問題不同,熱氣動彈性問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)以及熱輻射等研究內(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題得以解決。針對上述多學(xué)科交叉問題,本文提出了一種雙向耦合的多場耦合模型,實(shí)現(xiàn)了高超聲速化學(xué)非平衡氣動熱與結(jié)構(gòu)燒蝕一體化模擬方法。利用該方法對典型飛行器結(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

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２熱氣動彈性的力四面體??氣動熱所形成的熱環(huán)境與構(gòu)成氣動彈性問題的氣動力、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??氣動熱輸入?＞?氣動力輸入??１１＾１１??慣性力???彈性力???？弱耦合??？強(qiáng)耦合??圖１．３熱氣動彈性問題耦合關(guān)系??在處理熱氣動彈性問題時(shí)，一般認(rèn)為弱耦合對氣動彈性特性影響不大，只需??要考慮氣動加熱對結(jié)構(gòu)的影響，而不考慮結(jié)構(gòu)變形對加熱的影響，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加熱熱流，接著對結(jié)構(gòu)??進(jìn)行瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析，得到溫度場，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)溫度場上的氣動彈性分析。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）氣動熱??系統(tǒng)的特征時(shí)間遠(yuǎn)大于氣動彈性系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間；３）結(jié)構(gòu)的彈性變形較小，不??會引起結(jié)構(gòu)溫度場分布的變化。如果研究對象的柔度較大，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，以及給溫度場的空間分布所帶來的改變，因此??必須采用雙向耦合。??當(dāng)進(jìn)行熱氣動彈性分析的時(shí)候

因?yàn)轳詈宪浖轻槍^小的場景而開發(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。順序耦合方案帶來的問題是，在耦合計(jì)算和結(jié)構(gòu)求解??７??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]有相對運(yùn)動的多體分離過程非定常數(shù)值算法研究及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[D]. 王巍.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2008

碩士論文
[1]一種熱氣動彈性的多場耦合方法及其實(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.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2010
[3]基于Volterra級數(shù)的非定常氣動力和氣動彈性分析[D]. 李勇.西北工業(yè)大學(xué) 2007



本文編號：3523437