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高超声速飞行器热结构设计与分析

作　者: 苏大亮
导　师: 张铎
学　校: 西北工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 高超声速热防护系统温度场热应力
分类号: V214
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 1197次
引　用: 10次
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内容摘要

高超声速飞行器的发展对各国未来军事发展战略、空间技术、武器体系构建乃至整个科学技术发展有重要的推动作用,而其中的防热问题是高超声速飞行器无法避免的一个重大问题。本文以某型号高超声速飞行器被动热防护系统方案设计为工程背景,参考目前国内外各种型号飞行器的热防护系统方案,探索从飞行器气动加热、热防护系统的选择和防热性能分析到结构热响应的数值计算过程。文中第二章给出了有限体积法计算流场的控制方程和离散格式,讨论了湍流模型的类型,并针对本文的研究对象建立了计算模型,得出了气动加热的数值解;第三章参照国内外热防护系统的发展状况,对本文的研究对象给出了热防护系统方案,建立了防热层的计算模型,计算了防热效果;第四章在前面的基础上,利用有限元法建立了飞行器结构的计算模型,计算出了飞行器头部和弹翼的温度场和热应力。整个数值计算过程对高超声速飞行器热结构的设计与分析提供了一些有益的参考。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-11
  1.1 工程背景  7-8
  1.2 研究现状  8-10
  1.3 论文内容  10-11
第二章热环境计算  11-47
  2.1 理论  11-40
    2.1.1 控制方程  11-15
    2.1.2 湍流模型  15-22
    2.1.3 初始条件和边界条件  22-28
    2.1.4 方程的离散与计算  28-40
      2.1.4.1 计算网格  28-30
      2.1.4.2 有限体积法  30-32
      2.1.4.3 方程的离散  32-39
      2.1.4.4 离散方程的解法  39-40
  2.2 计算模型和结果  40-47
    2.2.1 计算条件  40
    2.2.2 计算模型  40-41
    2.2.3 计算结果  41-45
    2.2.4 结果分析  45-47
第三章热防护系统设计与分析  47-65
  3.1 热防护系统概述  47-55
  3.2 热防护系统方案选择  55
  3.3 热防护系统传热分析  55-65
    3.3.1 传热分析的有限元法  55-60
      3.3.1.1 热传导问题的基本方程  55-57
      3.3.1.2 稳态热传导问题的有限元分析  57-59
      3.3.1.3 瞬态热传导问题的有限元分析  59-60
    3.3.2 气动热环境  60-61
    3.3.3 热防护系统计算模型  61-64
    3.3.4 进一步开展工作的建议  64-65
第四章结构热响应分析  65-77
  4.1 热应力理论  65-67
    4.1.1 热应力概述  65-66
    4.1.2 热应力的有限元解法  66-67
  4.2 结构计算模型  67-77
    4.2.1 有限元模型  68-69
    4.2.2 材料选择  69-70
    4.2.3 温度载荷  70-71
    4.2.4 结构温度场和热应力  71-77
      4.2.4.1 头部和弹翼的温度场  71-73
      4.2.4.2 头部和弹翼的变形、热应力  73-77
第五章结束语  77-79
参考文献  79-81
发表论文和参加科研情况说明  81-82
致谢  82-83
西北工业大学学位论文知识产权声明书  83
西北工业大学学位论文原创性声明  83

高超声速飞行器热结构设计与分析

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