某型高超聲速飛行器SIC壁板動特性研究

李智勞 劉凡 郭艷

摘要：高超聲速飛行器在飛行的過程中，會受到嚴(yán)酷的氣動加熱作用。高溫會使結(jié)構(gòu)模態(tài)的頻率，振型，阻尼發(fā)生嚴(yán)重的變化，甚至有些模態(tài)在熱試驗之后出現(xiàn)消失的現(xiàn)象。本文測試了某SIC材料的飛行器壁板經(jīng)過五次加熱后的模態(tài)，給出了模態(tài)測試結(jié)果，并對結(jié)果做了分析。本文的研究為繼續(xù)探索高溫對材料力學(xué)性能的影響具有重要意義。

關(guān)鍵詞：高超聲速；氣動加熱；模態(tài)；壁板

中圖分類號：V416.2文獻識別碼：A

高超聲速飛行器具有高空高速的特點，對維護國家國防安全具有十分積極和重要的作用，是未來戰(zhàn)略進攻和戰(zhàn)略防御武器發(fā)展的一個制高點，當(dāng)今世界各個大國對該領(lǐng)域的技術(shù)和戰(zhàn)略研究一直在積極推進。然而，高超聲速飛行器在飛行的過程中，會受到嚴(yán)酷的氣動加熱作用，結(jié)構(gòu)本身的動特性也會發(fā)生改變，進而影響飛行器的其它各項力學(xué)性能。因此，研究高溫環(huán)境對結(jié)構(gòu)本身特性的影響就顯得尤為重要。

1 試驗?zāi)B(tài)理論

根據(jù)模態(tài)分析理論，在比例粘性阻尼條件下，n自由度系統(tǒng)用模態(tài)參數(shù)表示的加速度傳遞函數(shù)矩陣為：

單點激勵情況下，矩陣的第L行第p列分量HALP，即在點p激勵，L點測量的加速度傳遞函數(shù)為：

上述傳遞函數(shù)包含了各階模態(tài)參數(shù)。

2 試驗

本次試驗件為一SIC材料結(jié)構(gòu)。本次試驗測試設(shè)備見表1，本次試驗結(jié)果見表2，可以看出每加熱一次結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率、振型、阻尼都會發(fā)生變化，第五次加熱后，只得到了結(jié)構(gòu)的一階模態(tài)，其它模態(tài)都消失了。結(jié)構(gòu)在每次加熱后本身的特性都會遭到破壞。

3 結(jié)論

本文對某高速飛行器壁板進行模態(tài)測試，測試結(jié)果表明，每進行一次熱試驗，結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率、振型、阻尼都會發(fā)生變化，而且都是降低趨勢。這也說明了熱對這種結(jié)構(gòu)有不可逆的破壞，每進行一次熱試驗，結(jié)構(gòu)本身的剛度都會降低。最后一次測試中，只得到了結(jié)構(gòu)的一階模態(tài)，其它模態(tài)都消失了，這說明了結(jié)構(gòu)基本已經(jīng)完全被破壞了。

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