高速飞行器壁板热颤振的非线性动力学分析

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1、文章编号：2095-1248（2015）02-0028-05高速飞行器壁板热颤振的非线性动力学分析陈佳川，方勃，杨靖宇（沈阳航空航天大学航空航天工程学部（院），沈阳110136）摘要：研究了高超声速飞行器壁板热颤振的非线性动力学问题。应变-位移关系基于Ｖｏｎ-Ｋａｒ-ｍａｎ薄板大变形理论，采用三阶活塞理论计算气动力，利用Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理建立了高超音速气流中热环境下二维壁板颤振模型。用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法在模态空间对非线性壁板颤振方程进行离散化。运用李普诺夫理论判断受热壁板颤振的临界流速。采用数值方法在时域内求解受热壁板在高超声速气流中气动力作用下

2、的颤振响应，分析来流速度和热效应对壁板颤振稳定性和壁板颤振边界的影响。关键词：非线性气动力；活塞理论；壁板颤振；热效应中图分类号：Ｖ215.3文献标志码：Ａdoi：10．3969／ｊ．ｉｓｓｎ．2095-1248．2015．02．006Nonlineardynamicanalysisofhypersonicvehicles′heatpanelflutterＣＨＥＮＪｉａ-ｃｈｕａｎ，ＦＡＮＧＢｏ，ＹＡＮＧＪｉｎｇ-ｙｕ（ＦａｃｕｌｔｙｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ

3、110136，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｔｈｅｎｏｎ-ｌｉｎｅａｒｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｔｈｅｈｙｐｅｒｓｏｎｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓ′ｈｅａｔｐａｎｅｌｆｌｕｔｔｅｒｉｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａ-ｐｅｒ．Ｔｈｅｔｈｉｒｄ-ｏｒｄｅｒｐｉｓｔｏｎｔｈｅｏｒｙｉｓｕｓｅｄｔｏｃｏｍｐｕｔｅｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｆｏｒｃｅ．Ｔｈｅｓｔｒａｉｎ-ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｒｅｌａ-ｔｉｏｎｓｈｉｐｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＶｏｎＫａｒｍａｎｓｈｅｅｔｌａｒｇｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｈｅＨａｍｉｌｔｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｉｓ

4、ｕｓｅｄｔｏｃｏｎ-ｓｔｒｕｃｔｔｈｅ2Ｄｐａｎｅｌｆｌｕｔｔｅｒｍｏｄｅｌｉｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｆｏｒｔｈｅｈｙｐｅｒｓｏｎｉｃａｉｒｆｌｏｗ．ＴｈｅＧａｌｅｒｋｉｎｍｅｔｈｏｄｉｓｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｍａｋｅｔｈｅｎｏｎ-ｌｉｎｅａｒｐａｎｅｌｆｌｕｔｔｅｒｅｑｕａｔｉｏｎｄｉｓｃｒｅｔｉｚｅｄｉｎｔｈｅｍｏｄａｌｓｐａｃｅ．ＴｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｆｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｈｅａｔｅｄｐａｎｅｌｆｌｕｔｔｅｒｉｓａｎａｌｙｚｅｄｗｉｔｈｔｈｅＬｉｐｕｎｕｏｆｕｔｈｅｏｒｙ．Ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｉｓａ

5、ｄｏｐｔｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｆｌｕｔｔｅｒｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｈｅａｔｅｄｐａｎｅｌｗｈｅｎｔｈｅｎｏｎ-ｌｉｎｅａｒａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｆｏｒｃｅｉｓａｃｔｅｄｕｐｏｎｉｎｔｈｅｔｉｍｅｄｏｍａｉｎ．Ｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｉｎｃｏｍｉｎｇｆｌｏｗａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｉｍｐａｃｔｓｏｆｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｆｌｕｔｔｅｒｉｎｇｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｆｌｕｔｔｅｒｉｎｇｂｏｕｎｄａｒｙｏｆｔｈｅｐａｎｅｌｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Keywords：ｎｏｎｌｉｎｅａｒａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ；ｐｉｓｔｏｎｔｈｅｏ

6、ｒｙ；ｐａｎｅｌｆｌｕｔｔｅｒ；ｔｈｅｒｍａｌｅｆｆｅｃｔ壁板颤振是飞行器壁板在气动力、惯性力和带来不利的影响，甚至会引起飞行器的动力失稳。弹性力作用下而发生的一种自激振动，可能对高在马赫数大于2.2的超声速和高超声速壁板颤振速飞行器结构的疲劳强度、飞行性能和飞行安全的研究中，气动加热效应不可忽略。这时在弹性收稿日期：2014-11-07基金项目：沈阳航空航天大学研究生教育教学改革项目（项目编号：ＹＪＳ2014-11）作者简介：陈佳川（1989-），男，内蒙古赤峰人，硕士研究生，主要研究方向：非线性动力学与结构振动，Ｅ-ｍａｉｌ：943654099@

7、ｑｑ．ｃｏｍ；方勃（1964-），男，辽宁沈阳人，教授，主要研究方向：非线性动力学与结构振动，Ｅ-ｍａｉｌ：ｂｆａｎｇ0825@163．ｃｏｍ。第2期陈佳川，等：高速飞行器壁板热颤振的非线性动力学分析29力、惯性力、气动力和热载荷的耦合作用下，结构、其中Ｅ和μ分别为材料的弹性模量和泊松比。α材料、气动力等方面的非线性效应异常显著，必须为热膨胀系数。总应力为采用非线性的颤振理论进行研究。Ｃｈｅｎ和0ＴＥσｘ=σｘ-σｘ=［2εｘ-（1+μ）αΔＴ］（4）Ｍｅｉ［1］利用模态截断法研究了热影响下高超音速1-μ气流中壁板的颤振问题，给出了可能的动力学行壁板

8、面内力为ｈ［2-3］α为。Ｘｉａ和Ｙａｎｇ研究了超音速气流中二维受2Ｅｗ2Ｎｘ＝∫ｈσｘｄｚ＝2∫（ｘ）