高超声速飞行器结构/气动/推力耦合动力学建模方法

作     者：王高瞻 谢长川 刘晨宇 程杰 

作者机构：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所 北京航空航天大学航空科学与工程学院 

出 版 物：《空气动力学学报》 (Acta Aerodynamica Sinica)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 

基　　金：1912项目 

主　　题：高超声速飞行器 气动弹性 动力学建模 推力耦合 超燃冲压发动机 

摘      要：高超声速飞行器采用细长体布局和推进-机体一体化设计，并大量使用轻质材料、薄壁结构。这些因素造成推进系统与气动力、结构变形之间存在严重的相互影响，带来特殊的推力-气动弹性耦合问题。针对此类问题，开展一体化动力学建模与分析方法研究，首先基于飞行力学小扰动理论建立动力学方程，并引入当地流活塞理论显式气动力模型、模态法结构变形模型和准一维超燃冲压发动机模型等兼顾分析精度和效率的子学科模型，最终提出了一种结构-气动-推力耦合的吸气式高超声速飞行器动力学建模方法。采用此方法针对类似X-43的典型高超声速飞行器二维模型算例进行动力学稳定性分析，分析推力及弹性耦合对算例飞行器动力学特性产生的影响，并对关键耦合参数进行变参分析。分析结果验证了建模方法的可行性，并证明了推力-气动弹性耦合对算例飞行器动力学特性的特殊影响，其中推力耦合会显著降低长周期稳定性，弹性耦合会略微增加短周期稳定性，而舵偏振动耦合则会显著降低短周期稳定性。