高超声速飞行器气动弹性力学研究综述.pdf

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1、第31卷2010年第1期1月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRoNAUTICASINICAV01．31NO．1Jam2010文章编号：1000—6893(2010)01—0001·11-_-J‘Ej同超声速飞行器气动弹性力学研究综述杨超，许贽，谢长川(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)ReviewofStudiesonAeroelasticityofHypersonicVehiclesYangChao，XuYan，XieChangchuan(SchoolofAeronauticSci

2、enceandEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)摘要：高超声速飞行器设计上的特点带来了一系列的气动弹性新问题。本文回顾高超声速飞行器气动弹性研究的历史与现状，着重介绍和分析了高超声速非定常气动力计算方法、热环境下的气动弹性问题、壁板颤振、推力影响下的气动弹性稳定性问题以及气动推进／气动弹性耦合的多学科交叉问题，相关的主动控制方法的研究进展亦有所介绍。在已有气动弹性问题研究发展的基础上，提出了高超声速

3、飞行器在气动弹性领域需要解决和关注的若干问题，包括高超声速气动弹性试验、燃料消耗的质量变化对于飞行器气动弹性特性的影响以及气动弹性力学与飞行力学综合等方面。关键词：气动弹性；颤振；高超声速气动力；气动加热；振动；飞行器推进系统；高超声速中图分类号：V215．3文献标识码：AAbstract：Therearemanynewproblemsofaeroelasticitywhichareintroducedbythenovelconceptsandsys—temcharacteristicsinthedesignproce

4、ssofhypersonicvehicles．Anoverviewofthestudiesonaeroelasticityofhypersonicvehiclesispresentedhere．SpecialattentionispaidtOthefollowingareas：thecomputemethodofunsteadyaerodynamicsinhypersonicflow；’aeroelasticcharacteristicswithtemperatureeffects；panelflutterinhype

5、rsonicflow；thrustinducedinstabilityofaeroelasticity；thecouplingproblemofaerodynamics，propulsionandaeroelasticity；andalsotheactivecontrolmethodsusedinthesolutionsoftheseproblems．Finally，basedontheprogressofexistingresearchintheseareas，somekeyissuesareintroducedwh

6、ichdeservemoreatten-tionoftheresearchers’forsolution．Theseinclude：experimentalresearchonhypersonicaeroelasticity，effectofmassvarietyonthecharacteristicsofaeroelasticitywhichiscausedbytheconsumptionofthefuels，andin—tegrationanalysisofaeroelasticityandflightdynami

7、cs．Keywords：aeroelasticity；flutter；hypersonicaerodynamic；aerodynamicheating；vibration；aircraftpropul—sion；hypersonic高超声速飞行器一般指飞行马赫数Ma>5，可在大气层和跨大气层内实现高超声速飞行的飞行器；根据推进系统的不同可以分为火箭动力和吸气式高超声速飞行器。以火箭发动机为动力的弹箭类高超声速飞行器得到了迅速的发展；然而受冲压发动机相关技术所限，吸气式高超声速飞行器的技术与概念均发展较为缓慢。1950-

8、-1960年著名的X-15技术验证机所涉及相关探索性研究和试验成果[1]为后续高超声速飞行器的发展奠定了基础；随着亚燃冲压发动机日趋成熟以及超燃冲压发动机研究取得显著进展，以及单级入轨或是两级人轨需求的牵引，吸气收稿日期：2008—11—18；修订日期：2009-01-09基金项目：国家自然科学基金(90716006)通讯作者：杨