摘要
高超声速飞行器热防护结构的设计优化取决于对于飞行器气动热环境与结构内部温度场的准确预示,两者之间的耦合作用对此有着显著的影响。本文针对典型圆管绕流问题开展高超声速非定常流动与热防护结构传热耦合的数值计算。流场部分求解基于量热完全气体的三维粘性可压缩流动Navier-Stokes方程,固体部分求解瞬态热传导及结构响应方程获得结构温度场、热应力及应变。耦合计算采用分区迭代方法,在流-固交界面上进行壁面热流与温度的数据传递,实现了流体与结构的耦合计算。以典型圆管前缘风洞数据对上述多场耦合分析方法进行了验证,结果表明激波位置与壁面热流的计算结果与风洞试验结果一致。基于该方法对典型翼面结构在不同来流马赫数条件下的结构力热响应的模态特征。该方法能够对高超声速飞行器的气动力热载荷与结构传热的规律进行预示,从而为飞行器热防护结构的设计优化提供设计依据。
The accurate simulation of temperature field of thermal protection system(TPS)is crucial for the optimization of TPS.The coupling effects between aerodynamic heating and thermal response is significant.This paper aims at a coupled multi-physics time marching program for these fluid-thermal-structure analysis using numerical method.Verification of the scheme is carried out by coupling the CFD solver(Fluent)and thermal and structure solvers(ANSYS)using the hypersonic flow over round tube test.
作者
贾洲侠
吴振强
吴建国
刘振皓
任方
侯传涛
JIA Zhou-xia;WU Zhen-qiang;WU Jian-guo;LIU Zhen-hao;REN Fang;HOU Chuan-tao(Science and Technology on Reliability and Environment Engineering Laboratory,Beijing Institute of Structure and Environment Engineering,Beijing 100076,China)
出处
《强度与环境》
CSCD
2019年第6期16-23,共8页
Structure & Environment Engineering
基金
国家自然科学基金(11502023、11502024、11402028)
关键词
高超声速
双向耦合
气动热
传热
热防护结构
hypersonic
two-way coupling
aerodynamic heating
heat transfer
thermal protection system
