考慮彈性影響的乘波體飛行動(dòng)力學(xué)特性

向錦武 曾開(kāi)春 聶 璐

(北京航空航天大學(xué) 航空科學(xué)與工程學(xué)院，北京100191)

乘波體構(gòu)型近空間高超聲速飛行器(乘波體飛行器)可用于天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)和高速導(dǎo)彈，在軍事和民用領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景.與常規(guī)飛行器相比，乘波體飛行器采用機(jī)體/發(fā)動(dòng)機(jī)一體化設(shè)計(jì)，造成氣動(dòng)/推進(jìn)的強(qiáng)烈耦合［1］.同時(shí)，由于其細(xì)長(zhǎng)體外形的機(jī)體結(jié)構(gòu)中使用了大量輕質(zhì)材料，機(jī)體結(jié)構(gòu)柔性大、振動(dòng)頻率低，在氣動(dòng)載荷激勵(lì)下，可能發(fā)生顯著的彈性變形和彈性振動(dòng).機(jī)體結(jié)構(gòu)的大幅度彈性變形不僅改變了全機(jī)的氣動(dòng)特性，還引起推進(jìn)系統(tǒng)空氣流量以及入流參數(shù)的變化，形成乘波體飛行器特有的氣動(dòng)/彈性/推進(jìn)耦合現(xiàn)象［2－3］.而機(jī)體的低頻彈性振動(dòng)則可能激發(fā)剛體動(dòng)力學(xué)短周期模態(tài)，形成剛?cè)狁詈犀F(xiàn)象.因此，結(jié)構(gòu)彈性加劇了乘波體飛行動(dòng)力學(xué)的耦合性，并使其呈現(xiàn)出多尺度、強(qiáng)非線(xiàn)性的特點(diǎn)，進(jìn)而對(duì)總體設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn).由于結(jié)構(gòu)彈性參數(shù)會(huì)因設(shè)計(jì)更改而改變，并受到氣動(dòng)加熱等因素的影響，其值可能在較大范圍變化.因此，有必要研究結(jié)構(gòu)彈性參數(shù)對(duì)乘波體飛行器多耦合飛行動(dòng)力學(xué)特性的影響規(guī)律.

乘波體飛行器動(dòng)力學(xué)特性分析的關(guān)鍵是建立多耦合動(dòng)力學(xué)模型.目前，主要的建模方法包括基于FEM(Finite Elenent Melthod)結(jié)構(gòu)模態(tài)計(jì)算的動(dòng)力學(xué)建模［4］、基于 CFD(Computationd Fluid Dynamics)數(shù)值擬合的動(dòng)力學(xué)建模［5］、基于近似理論方法的耦合動(dòng)力學(xué)建模等［6－7］.前2種方法主要面……