考虑内充压气体作用的空间再入充气结构热气动弹性研究

基本信息
批准号:11602018
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:张章
学科分类:
依托单位:北京空间机电研究所
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:侯安平,王伟志,王锐,黄明星
关键词:
气/热/固耦合空间再入充气结构内充压气体热气动弹性
结项摘要

After inflatable space re-entry aeroshell enters in aerosphere, the hypersonic flow Mach number is higher than 10 and the heat flux is larger than 10W/cm2. Aerothermoelastic research is the main concern in inflatable space re-entry aeroshell design. How to describe material nonlinear structure dynamics behavior?In order to investigate aerothermoelastic characteristics of inflatable space re-entry aeroshell, how to develop aero-thermo-structure coupling method considering effect of pressurized inflation gas? At the background and questions above, the research object is inflatable space re-entry aeroshell and three main tasks are included in this research project. Firstly aero-thermo-structure coupling mechanism is investigated considering the effect of hypersonic flow and pressurized inflation gas. Secondly a finite element numerical method and a ground vibration test are developed to analyze material nonlinear structure behavior. Thirdly hypersonic flow and pressurized inflation gas influences on thin-gauge skin thermal flutter and inflatable cone dynamic vibration response are discussed. The research work of this project is helpful in breaking through the limit of not paying enough attention on aerothermoelastic stability and aerothermoelastic dynamic response of inflatable space re-entry aeroshell in relative research. Furthermore, this project work is also beneficial in expanding application range of aero-thermo-structure coupling method to aerothermoelastic analysis of flexible inflatable structure. And research work in this project can also improve aero-thermo-structure coupling method considering the influence of pressurized inflation gas on vibration characteristics and aerothermoelastic performances.

空间再入充气结构进入大气层后需承受Ma>10的高超声速气流冲击和热流密度超过10W/cm2的气动热载荷,热气动弹性研究是空间再入充气结构设计无法回避的问题。如何准确描述柔性充气结构的材料非线性结构动力学行为?如何构建考虑内部充压气体作用的气/热/固多场耦合体系来研究空间再入充气结构的热气动弹性问题?在上述背景和疑问下,本项目以空间再入充气结构为研究对象,研究其在高超声速外流场与内部充压气体共同作用下的气/热/固多物理场耦合作用机理,探索其材料非线性结构动力学行为的数值与试验分析方法,揭示内充压气体和高超声速流动对其蒙皮热颤振和充气囊体动态振动响应的影响规律。力求突破现有国内研究未涉及空间再入充气结构热气动弹性稳定性及动力响应问题的局限,推动气/热/固多场耦合方法的应用范围拓展至柔性充气结构的热气动弹性分析,并考虑内充压气体对空间再入充气结构振动特性、热气动弹性力学特征的影响予以改进革新。

项目摘要

空间再入充气结构进入大气层后需承受Ma>10的高超声速气流冲击和热流密度超过10W/cm2的气动热载荷,热气动弹性研究是空间再入充气结构设计无法回避的问题。如何准确描述柔性充气结构的非线性结构动力学行为?如何构建考虑内部充压气体作用的气/热/固多场耦合体系来研究空间再入充气结构的热气动弹性问题?在上述研究背景和疑问下,本项目建立了空间再入充气结构的材料非线性结构动力学数值分析模型和地面振动试验验证方法,发展了考虑内充压气体作用的空间再入充气结构气/热/固多物理场单向、双向耦合分析方法,揭示内充压气体和高超声速流动对空间再入充气结构热气动弹性力学特征的影响规律,推动了气/热/固多场耦合方法的应用范围拓展至柔性充气结构的热气动弹性分析,并考虑内充压气体对空间再入充气结构振动特性、热气动弹性力学特征的影响予以改进革新。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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