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高超声速气动热弹性分析降阶研究 被引量:2
1
作者 晏筱璇 韩景龙 马瑞群 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期475-486,共12页
高超声速气动热弹性分析涉及流场、结构场和热力场间的相互耦合,计算复杂且耗时长。根据分层求解策略提出了一种基于降阶模型的高超声速气动热弹性分析框架。分别采用系统辨识法和本征正交分解法对高超声速气动力和气动热建立降阶模型,... 高超声速气动热弹性分析涉及流场、结构场和热力场间的相互耦合,计算复杂且耗时长。根据分层求解策略提出了一种基于降阶模型的高超声速气动热弹性分析框架。分别采用系统辨识法和本征正交分解法对高超声速气动力和气动热建立降阶模型,并与模态叠加法耦合实现热配平状态下气动热弹性问题的快速计算。以典型高超声速三维机翼为例,预测热结构的颤振动压,并与全阶流⁃固⁃热耦合计算结果对比吻合较好。所提出的气动热弹性分析框架提高了计算效率,而且精度高,可应用于工程分析中。 展开更多
关键词 气动热弹性 颤振 高超声速 耦合 降阶模型
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A high-efficiency aerothermoelastic analysis method 被引量:2
2
作者 WAN ZhiQiang WANG YaoKun +1 位作者 LIU YunZhen YANG Chao 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2014年第6期1111-1118,共8页
In this paper,a high-efficiency aerothermoelastic analysis method based on unified hypersonic lifting surface theory is established.The method adopts a two-way coupling form that couples the structure,aerodynamic forc... In this paper,a high-efficiency aerothermoelastic analysis method based on unified hypersonic lifting surface theory is established.The method adopts a two-way coupling form that couples the structure,aerodynamic force,and aerodynamic thermo and heat conduction.The aerodynamic force is first calculated based on unified hypersonic lifting surface theory,and then the Eckert reference temperature method is used to solve the temperature field,where the transient heat conduction is solved using Fourier’s law,and the modal method is used for the aeroelastic correction.Finally,flutter is analyzed based on the p-k method.The aerothermoelastic behavior of a typical hypersonic low-aspect ratio wing is then analyzed,and the results indicate the following:(1)the combined effects of the aerodynamic load and thermal load both deform the wing,which would increase if the flexibility,size,and flight time of the hypersonic aircraft increase;(2)the effect of heat accumulation should be noted,and therefore,the trajectory parameters should be considered in the design of hypersonic flight vehicles to avoid hazardous conditions,such as flutter. 展开更多
关键词 aerothermoelastic two-way coupling unified hypersonic lifting surface theory piston theory FLUTTER
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传热时间迟滞影响的薄板热气动弹性耦合振荡模型 被引量:1
3
作者 李凯伦 张家忠 周振堂 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期2237-2244,共8页
为了对高超声速下飞行器薄壁结构的振动行为进行研究,建立了一种考虑传热时间迟滞影响的二维无限长薄板的热气动弹性耦合振荡模型.同时,给出了只考虑有限历史时间影响的板内温度分布表达式,并对提出的温度表达式的精确性进行了数学证明... 为了对高超声速下飞行器薄壁结构的振动行为进行研究,建立了一种考虑传热时间迟滞影响的二维无限长薄板的热气动弹性耦合振荡模型.同时,给出了只考虑有限历史时间影响的板内温度分布表达式,并对提出的温度表达式的精确性进行了数学证明,从而将以往被忽略掉的热应力产生的板内力矩引入薄板振动方程.数值模拟结果表明:气动力是薄板振动的主要驱动力,板内力的作用相当于外部预紧力,而板内力矩的变化会驱使薄板进行小振幅振动.综合以上三种因素,对薄板在这三种因素耦合情况下的振动行为进行了研究,发现在来流马赫数较大时,薄板会进入十分复杂的振动状态.最后,通过非线性动力学理论对薄板的振动行为进行了分析,发现了薄板振动中的分岔、混沌等现象,以及通向该类现象的途径. 展开更多
关键词 薄板振动 热气动弹性耦合 时间迟滞 屈曲 分岔 混沌
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高超声速飞行器热气弹静态问题研究 被引量:9
4
作者 刘磊 桂业伟 +2 位作者 耿湘人 唐伟 王安龄 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2013年第5期559-563,571,共6页
采用气动力/气动热/热结构相耦合的方法对高超飞行器机翼结构静态热气动弹性问题进行了研究。为保证耦合计算效率,达到快速预测热气动弹性特性的能力,气动力/气动热计算采用工程方法,热响应和热应力/热变形计算采用有限元方法。以典型... 采用气动力/气动热/热结构相耦合的方法对高超飞行器机翼结构静态热气动弹性问题进行了研究。为保证耦合计算效率,达到快速预测热气动弹性特性的能力,气动力/气动热计算采用工程方法,热响应和热应力/热变形计算采用有限元方法。以典型高超声速飞行器机翼模型为研究对象,对其热气动弹性特性进行了计算与分析。计算结果表明,气动加热造成的结构温升不仅对材料热物性参数产生影响,对机翼模型的气动弹性特性也影响显著。准确预测飞行器热气动弹性特性对飞行器结构设计十分必要。 展开更多
关键词 高超飞行器 热气动弹性 多场耦合
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空间再入飞行器热气动弹性数值研究进展 被引量:4
5
作者 张章 黄伟 +1 位作者 唐明章 王伟志 《航天返回与遥感》 北大核心 2016年第1期10-21,共12页
热气动弹性分析关系到空间再入飞行器的气动性能、结构安全和振动特性。文章对空间再入飞行器热气动弹性研究的数值方法和研究进展进行了回顾;总结了热气动弹性数值的模拟内容、气/固/热多物理场耦合方法和高超声速气动力、气动热求解... 热气动弹性分析关系到空间再入飞行器的气动性能、结构安全和振动特性。文章对空间再入飞行器热气动弹性研究的数值方法和研究进展进行了回顾;总结了热气动弹性数值的模拟内容、气/固/热多物理场耦合方法和高超声速气动力、气动热求解方法等方面研究的典型成果与特点;比较了单向耦合分层求解方法与双向耦合方法在热气动弹性分析方面的优缺点,指出气动力、气动热的工程计算方法和降阶方法存在一定误差,采用时域方法求解Navier-Stokes方程的全阶模型获取气动力和气动热更为准确;并对未来的研究趋势进行了展望,提出了需要进一步深入探讨的若干问题,包括空间再入过程气/热/固多场耦合物理机制的准确描述、空间充气式再入减速器这类柔性结构的热气动弹性分析以及热气动弹性试验验证等三个方面。 展开更多
关键词 空间再入 热气动弹性 数值研究 气/固/热耦合
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高速飞行器气动弹性问题研究进展 被引量:4
6
作者 苑凯华 田海涛 《战术导弹技术》 北大核心 2020年第3期1-7,15,共8页
高速飞行器长时飞行时,容易产生流场、结构、温度等多物理场耦合的气动弹性问题,影响飞行性能和安全。针对上述问题,总结了国内外热气动弹性多物理场耦合建模策略和高速非定常气动力计算方法的研究进展,回顾了风洞中开展气动弹性风洞试... 高速飞行器长时飞行时,容易产生流场、结构、温度等多物理场耦合的气动弹性问题,影响飞行性能和安全。针对上述问题,总结了国内外热气动弹性多物理场耦合建模策略和高速非定常气动力计算方法的研究进展,回顾了风洞中开展气动弹性风洞试验的研究工作和存在的难点,并对国外高速飞行器研制过程中出现的热静气动弹性问题、热颤振问题和热气动弹性/控制/推进系统耦合问题进行了全面梳理,在此基础上对未来的研究趋势进行了展望。 展开更多
关键词 热气动弹性 气动伺服弹性 弹性力学 多物理场耦合 高速飞行器
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Two-Way-Coupling Method for Rapid Aerothermoelastic Analyses of Hypersonic Wings 被引量:1
7
作者 Wan Zhiqiang Yi Nan +1 位作者 Li Guoshu Yang Chao 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI CSCD 2018年第1期135-145,共11页
Several types of coupling methods for resolving aerothermoelastic problems associated with hypersonic wings are summarized,and the appropriate coupling methods for engineering calculations are selected.Then,the calcul... Several types of coupling methods for resolving aerothermoelastic problems associated with hypersonic wings are summarized,and the appropriate coupling methods for engineering calculations are selected.Then,the calculation and analysis methods for the subdisciplines in this field are introduced,and the time step issue is discussed.A two-way-coupling rapid static aerothermoelastic method for analyzing hypersonic wings is proposed.This method considers thermal effects and is used to conduct an aerothermoelastic response analysis for a hypersonic wing.In addition,the aerodynamic force,heat flux,structural deformation and temperature field are obtained.The following three conclusions are drawn.First,the heating effect has a significant impact on the static aeroelastic response of hypersonic wings;therefore,thermal protection shields are essential.Second,the application of thermal protection shields reduces the differences in the calculation results between the one-and two-way-coupling methods.Third,hypersonic wings exhibit large thermal deformation under high-temperature environments,and in certain cases,the thermal deformation is even larger than the deformation caused by aerodynamic force. 展开更多
关键词 HYPERSONIC aerothermoelastic two-way-coupling aerodynamic HEATING thermal DEFORMATION
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Aerothermal-aeroelastic two-way coupling method for hypersonic curved panel flutter 被引量:11
8
作者 YANG Chao LI GuoShu WAN ZhiQiang 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2012年第3期831-840,共10页
A method to compute aerothermal-aeroelastic two-way coupling for hypersonic curved panel flutter is proposed. The aero-therrno-elastic governing equations of a simply-supported two dimensional curved panel are develop... A method to compute aerothermal-aeroelastic two-way coupling for hypersonic curved panel flutter is proposed. The aero-therrno-elastic governing equations of a simply-supported two dimensional curved panel are developed based on the von K'arrn'an geometrically non-linear theory. The Galerkin approach is used to simplify the equations into discrete forms, which are solved by the fourth-order Ronger-Kutta method. The third-order piston theory is applied to the aerodynamics. The Eck- ert's reference temperature method and the panel heat flux formula are used to compute the aerodynamic heat flux. Several important effects are included, namely 1) two-way coupling considering the effect of elastic deformation on aerodynamic heating and aerodynamic heating on stiffness of structure, 2) accumulation of the aerodynamic heating in real cruise, 3) arbitrary, non-uniform, in-plane and through-thickness temperature distributions, and 4) the effect of initial deformation of curved panel on the flight time to the onset of flutter. Compared with the results of aerothermal-aeroelastic one-way coupling, it is revealed that the two-way coupling which induces decrease of the flight time to the onset of flutter is more dangerous. In addition, importance should be attached to this method in actual analysis. 展开更多
关键词 panel flutter aerothermoelasticity third-order piston theory two-way coupling hypersonic flow
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翼面热静气动弹性的流固热交错迭代耦合分析
9
作者 常斌 黄杰 姚卫星 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2022年第5期931-936,1035,共7页
提出了一种针对高超声速翼面热静气动弹性的流固热交错迭代数值耦合方法,其充分考虑了气动环境(气动力和气动热)与结构变形之间的耦合、气动热与结构温度场之间的耦合以及温度场对结构刚度的影响。气动环境采用计算流体力学方法求解,结... 提出了一种针对高超声速翼面热静气动弹性的流固热交错迭代数值耦合方法,其充分考虑了气动环境(气动力和气动热)与结构变形之间的耦合、气动热与结构温度场之间的耦合以及温度场对结构刚度的影响。气动环境采用计算流体力学方法求解,结构传热和变形采用有限元法求解,在耦合面采用基于控制面的双向映射插值方法进行壁面热流、壁面温度、气动力以及翼面变形的数据传递,并应用该耦合方法进行了高超声速翼面热静气动弹性分析。结果表明,热环境造成翼面结构刚度降低,导致热环境下翼面变形明显大于常温(300 K)时的分析结果,且马赫数越大,两者之差越大。 展开更多
关键词 高超声速翼面 热静气动弹性 交错迭代 耦合分析 数据传递
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高超声速复杂气动问题数值方法研究进展 被引量:16
10
作者 王江峰 伍贻兆 +3 位作者 季卫栋 樊孝峰 赵法明 吕侦军 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期159-175,共17页
高超声速流场具有复杂流动特征,其中真实气体效应、磁流体干扰效应和力热结构耦合效应等对气动力分析产生了重要影响。将流体力学研究扩展到分子动力学、电磁流体力学以及流固耦合等交叉学科领域,这给数值模拟方法带来了巨大挑战。针对... 高超声速流场具有复杂流动特征,其中真实气体效应、磁流体干扰效应和力热结构耦合效应等对气动力分析产生了重要影响。将流体力学研究扩展到分子动力学、电磁流体力学以及流固耦合等交叉学科领域,这给数值模拟方法带来了巨大挑战。针对高超声速气动力/热分析的热点问题,重点关注高温效应与低密度流动效应、磁流体干扰效应和力热结构耦合效应等,结合算例分析了相应的数值求解技术;在气动热方面主要比较了3类求解方法(纯工程方法、纯数值方法和基于Prandtl边界层理论的方法),并给出了相应算例;对于气动力/热/结构耦合问题,从耦合模型及耦合计算方法两方面开展了分析。最后指出了高超声速复杂气动问题数值求解技术未来需重点关注的几个方面。 展开更多
关键词 高超声速 数值模拟 气动加热 磁流体力学 气动热弹性力学 气动力/热/结构耦合
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高超声速飞行器气动弹性的近期进展与发展展望 被引量:12
11
作者 叶正寅 孟宪宗 +1 位作者 刘成 叶柳青 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2018年第6期984-994,共11页
近年来高超声速飞行器气动弹性(尤其是热气动弹性)问题的关注度不断增强,相关内容已成为学术界的重点研究方向。本文旨在总结高超声速气动弹性问题的近期研究成果,并对进一步发展做出展望。首先从三个方面综述了气动弹性的计算方法:气... 近年来高超声速飞行器气动弹性(尤其是热气动弹性)问题的关注度不断增强,相关内容已成为学术界的重点研究方向。本文旨在总结高超声速气动弹性问题的近期研究成果,并对进一步发展做出展望。首先从三个方面综述了气动弹性的计算方法:气动力的计算、常温下气动弹性求解方法及热环境下气动弹性的研究方法。然后,按照工程实际中出现的相关问题,将高速飞行器的热气动弹性问题分为与外流相关的飞行器热气动弹性问题以及与内流道相关的热气动弹性问题,分别探讨其研究情况及未来发展。其中,比较详细地论述了围绕发动机相关的热气动弹性问题(包括冲压发动机内部的壁板颤振和火箭发动机喷管的气动弹性),指出该问题有可能成为未来一个重要的研究范畴。 展开更多
关键词 高超声速飞行器 热气动弹性 流固耦合 超燃冲压发动机 喷管
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热气动弹性变形对飞行器结构温度场的影响研究 被引量:11
12
作者 刘磊 桂业伟 +2 位作者 耿湘人 唐伟 王安龄 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2015年第1期31-35,47,共6页
气动加热造成的结构温升可能造成飞行器结构失效从而带来安全隐患。准确预测结构温度场在高超声速飞行器热防护系统与结构设计中显得尤为重要。气动热与传热耦合是提高结构温度场预测精度的有效手段,经长期研究与发展,不管是耦合方法研... 气动加热造成的结构温升可能造成飞行器结构失效从而带来安全隐患。准确预测结构温度场在高超声速飞行器热防护系统与结构设计中显得尤为重要。气动热与传热耦合是提高结构温度场预测精度的有效手段,经长期研究与发展,不管是耦合方法研究还是实际工程应用都已开展了大量工作。但这些研究工作均未考虑结构变形对气动加热和结构温度场的影响。而在实际飞行过程中,特别是长时间飞行后,结构变形对结构温度场的影响往往是不能忽略的,对气动力/热环境也都有直接的影响。本文以飞行器静热气动弹性计算方法为基础,对高超声速飞行器机翼模型进行了考虑热气动弹性变形影响的气动热与传热耦合计算,并与不考虑变形对热环境影响情况的计算结果进行了对比分析。结果表明,虽然对于大面积区域变形对气动热/结构温度场的影响较小,但对于热防护结构重点关注且精度要求较高的前缘驻点附近区域计算结果变化明显。由此,也说明了考虑弹性变形对结构温度场预测的重要性。该研究工作为进一步提高飞行器结构温度场预测精度和结构热安全性能评估能力奠定了基础。 展开更多
关键词 热气动弹性 弹性变形 结构温度场 多场耦合
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高超声速壁板流固热耦合建模与分析
13
作者 杨武 韩景龙 《盐城工学院学报(自然科学版)》 CAS 2015年第1期28-33,共6页
基于气动热、气动弹性双向耦合的热气弹分析方法,建立了高超声速三维壁板流固热耦合分析模型。气动力计算采用三阶活塞理论,气动热计算采用参考温度法,热传导和结构响应采用有限元方法进行。研究了不同边界条件、飞行轨迹下耦合方式对... 基于气动热、气动弹性双向耦合的热气弹分析方法,建立了高超声速三维壁板流固热耦合分析模型。气动力计算采用三阶活塞理论,气动热计算采用参考温度法,热传导和结构响应采用有限元方法进行。研究了不同边界条件、飞行轨迹下耦合方式对三维壁板热气弹响应的影响。结果表明:不同流固热耦合机制对高超声速气流中壁板响应预测影响各不相同,表明了研究的必要性。 展开更多
关键词 高超声速 热气动弹性 三阶活塞 双向耦合 参考温度法
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