金屬熱防護(hù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模研究①

王 亮，陳懷海，賀旭東

(飛器結(jié)構(gòu)力學(xué)與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京航空航天大學(xué)振動(dòng)工程研究所，南京 210016)

0 引言

近年來，高超聲速技術(shù)已從概念和原理探索階段進(jìn)入了以高超聲速巡航導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭、跨大氣層飛行器和空天飛機(jī)等為應(yīng)用背景的先期技術(shù)開發(fā)階段。高超飛行器在大氣中飛行時(shí)，將遭受強(qiáng)烈的氣動(dòng)加熱，這種氣動(dòng)加熱對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的影響主要分為2個(gè)方面:一是溫度場的不均勻分布，會(huì)造成熱應(yīng)力，使飛行器內(nèi)部產(chǎn)生受拉或受壓的效應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率發(fā)生改變，尤其是溫度場突然變化造成的熱沖擊，會(huì)誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng);二是溫度變化直接改變結(jié)構(gòu)彈性模量等物理特性參數(shù)，從而改變結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性。

前人在研究溫度場對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的影響時(shí)，均在假設(shè)結(jié)構(gòu)溫度場已知的條件下，計(jì)算其熱模態(tài)，而未考慮熱防護(hù)系統(tǒng)的建模及熱力學(xué)響應(yīng)分析。史曉鳴和楊炳淵［1］以變厚度板為研究對(duì)象，進(jìn)行了熱載狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)溫度場和振動(dòng)特性分析。李增文等［2］使用熱剛度計(jì)算理論，進(jìn)行了不同溫度場和不同結(jié)構(gòu)材料的熱顫振特性研究。通過熱應(yīng)力分析理論，獲得結(jié)構(gòu)在不同溫度場作用下的熱模態(tài)。王宏宏等［3］以變厚度導(dǎo)彈翼面模型為研究對(duì)象，通過有限元仿真，分析了加熱狀態(tài)下翼面模型的瞬態(tài)溫度場和振動(dòng)特性的變化過程，并與試驗(yàn)結(jié)果做了比較。Avsec和Oblak［4］研究了溫度場對(duì)簡支梁和懸臂梁振動(dòng)影響，考慮了彈性模量、泊松比、線脹系數(shù)、剪切模量隨溫度的變化。……