錐形天線罩氣動及結(jié)構(gòu)性能分析.pdf

1、氣動加熱是超音速飛行器研究的關(guān)鍵問題之一。本文的主要目的是,以錐形天線罩為模型,利用數(shù)值模擬的方法計算天線罩在不同馬赫數(shù)下各時刻的溫度場,對比分析材料的密度、熱傳導(dǎo)系數(shù)和比熱容等屬性對天線罩內(nèi)部溫度分布的影響,為超音速飛行的天線罩的材料選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計方面提供幫助。
　　利用FLUENT軟件對高超聲速二維圓柱繞流進(jìn)行數(shù)值模擬,得到的壓力分布、溫度分布以及熱流密度分布數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬所得數(shù)據(jù)與實(shí)驗數(shù)據(jù)相符。
　　針對2.5Ma

2、和2.8Ma兩種馬赫數(shù)情況下,利用FLUENT軟件對零攻角飛行的天線罩的氣動加熱規(guī)律進(jìn)行數(shù)值模擬,采用非穩(wěn)態(tài)計算方法,得出在74秒的時間內(nèi)不同時刻天線罩溫度場的變化情況。74秒時,2.5Ma的天線罩外壁面最高溫度398.34°C;2.8Ma的天線罩外壁面最高溫度493.89°C。文中針對四種不同材質(zhì)的天線罩在相同馬赫數(shù)的情況下,利用數(shù)值計算對比分析不同的材料屬性對天線罩溫度場變化的影響。74秒時材料一天線罩內(nèi)壁面最高溫度362.43℃,

3、材料二天線罩內(nèi)壁面最高溫度27.09℃,材料三天線罩內(nèi)壁面最高溫度373.03℃,材料四天線罩內(nèi)壁面最高溫度389.06℃。材料四的溫度傳播速度最快,材料二的溫度傳播速度最慢。說明熱傳導(dǎo)系數(shù)越大、密度越小、定壓比熱容越小溫度傳播的越快,驗證了熱擴(kuò)散系數(shù)越大溫度傳播越快。從計算結(jié)果得出,最好的防熱材料應(yīng)選擇熱傳導(dǎo)系數(shù)小、密度大、比熱容大的材料;最好的導(dǎo)熱材料應(yīng)選擇熱傳導(dǎo)系數(shù)大、密度小、比熱容小的材料。
　　在ANSYS軟件中建立天線

4、罩的模型并劃分網(wǎng)格,分別將2.5Ma和2.8Ma條件下得出的溫度載荷和壓力載荷加載到模型上。從結(jié)果得出,壓力載荷作用下,天線罩受壓應(yīng)力,2.8Ma天線罩最大應(yīng)力-33.6MPa,最大位移0.525mm;2.5Ma天線罩最大應(yīng)力-26.8MPa,最大位移0.419mm;溫度載荷作用下,天線罩外表面受壓應(yīng)力,內(nèi)表面受拉應(yīng)力,2.8Ma外表面最大應(yīng)力-38.4MPa,內(nèi)表面最大應(yīng)力65MPa;2.5Ma外表面最大應(yīng)力-31MPa,內(nèi)表面最大應(yīng)