高超音速钝体头部气动加热和壁板气动热弹性数值计算

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1、分类号密级ｕｄｃ￡＾犬學（ｆｉ）南ＮＡＮＪＩＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ领士学位论文高超音速钝体头部气动加热和壁板气动热弹性数值计算（题名和副题名）李浩（作者姓名）指名ＬａｉｔｈＫ．Ａｂｂａｓ教授学位类别工學领士学科名称工程力学研究方向飞行器气动热萍性论；时间２０１５年３月注１：注明《国际十进分类法ＵＤＣ》的类号。碩士学位■文高超音速钝体头部气动加热和壁

2、板气动热弹性数值计算作者：李浩指导教师：ＬａｉｔｈＫ．Ａｂｂａｓ教授南京理工大学２０１５年３月ＭａｓｔｅｒＴｈｅｓｉｓＣｏｍｕｔａｔｉｏｎａｌＳｔｕｄｉｅｓｏｆＡｅｒｏｄｎａｍｉｃＨｅａｔｉｎｐｙｇｏｆＢｌｕｎｔＮｏｓｅａｎｄＡｅｒｏｔｈｅｒｍｏｅｌａｓｔｉｃＢｅｈａｖｉｏｒｓｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＰａｎｅｌｆｌｉｎｉｎＨｅｒｓｏｎｉｃＦｌｏｗｙｇｙｐＢｙＬｉＨａｏＳｕｐｅｒｖｉｓｅｄｂｙＰｒｏｆ．Ｌａｉｔ

3、ｈＫｂｂａｓ．ＡＮａｎｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｊｇｙｇｙＭａｒｃｈ２０１５，声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料一。与我同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。■研究生签名：２０／５年３月曰学位论文使用授权声明南京理工大学有权

4、保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：滅年名月；２今日硕士学位论文高超音速钝体头部气动加热和壁板气动热弹性数值计算摘要空间飞行器的现代化设计需要获取有关流场、气动特性和热传递过程的精确和可靠的数据。考虑到飞行器在高超音速飞行过程中流场状况复杂多样，真实气体稀薄理论，粘性无粘性相互作用的影

5、响，以及流动分离，层紊流过度，飞行器表面上发生的物理和化学过程等因素都需要考虑进去。通过实验室或者飞行试验获取必要的信息需要高昂的费用，，并且在地面往往难以再现高超声速飞行环境因此超音速流模拟是非常重要的。利用数值计算，可以用相对较小的成本获得比＿较详细的流场数据，并有可能重现许多流动环境，包括无法靠地面实验设施实现的流动环境。在飞行器设计上存在的一个主要问题就是高超声速飞行器表面的对流传热（气动加热）问题。考虑到实际问题的复杂性，应当选取合适的物理模型和数值方法

6、来研究。本文基于计算流体力学ＣＦＤ理论和ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ仿真平台，通过ＡＮＳＹＳＦＬＵＥＮＴ有限元软件数值仿真了高超声速球头－圆锥体弹丸的气动加热，通过计算得到并分析了其在不同时刻的结构和流场温度场分布和弹丸表面一热流密度分布的状况。本文还进步地研究了高温风洞实验中的圆柱绕流问题，采用１／４的２Ｄ圆柱模型来代替，数值模拟后得到圆柱壳体在２ｓ、３ｓ、４ｓ、５ｓ时一刻的结构温度分布和速度分布云图，并与实验数据对比，误差较小从而进步论证了ＣＦＤ方法模拟此类气动加

7、热问题的准确性。壁板颤振是发生在飞行器蒙皮壁板或壳上的一种非稳定气动热弹性自激振动。本文研究了高超声速飞行下，带有静态和动态边缘可动性效应的蒙皮壁板的气动热弹性问题。本文通过无限长的二维弯曲面板的几何非线性理论推导了气动热弹性控制方程，文中对气动力进行建模的方程是基于三阶活塞理论的。本文采？用基尔霍夫板状假说连同冯卡门非线性应变－位移关系，使用伽辽金方法对超音速／高超音速非定常流作用下的有几何缺陷的弯曲面板进行了数值模拟。在壁板温度连同材料力学性能的热降解对颤振马赫数和

8、频率的影响的结果中显示随着温度振幅的增大，颤振马赫数和颤振频率都会降低。此外，此模型还考虑了热降解的影响。对于在有热降解情况下随着曲率比变化的结果显示１随着质量比的（），颤振马赫数也会降低（２）增大随着几何缺陷的增大，颤振速度会有较大的降；低；３曲率比相对较小时，有较大厚度比的板会显示出颤振速度的增大。（）本文的计算结果正确可信，在关于飞行器的气动加热和气动热弹性研究方面具有一定的参考意义。，气动加热，气动热弹性，ＣＦＤ，，关键词：高超音速，数值模拟颤振