留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

高速飞行器网格翼型结构热屈曲及热模态分析

董严 付小燕

董严, 付小燕. 高速飞行器网格翼型结构热屈曲及热模态分析[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(10): 1626-1631. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190029
引用本文: 董严, 付小燕. 高速飞行器网格翼型结构热屈曲及热模态分析[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(10): 1626-1631. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190029
Dong Yan, Fu Xiaoyan. Thermal Buckling and Modal Analysis for Grid Frame Wing Structure of High-speed Flight Vehicles[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(10): 1626-1631. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190029
Citation: Dong Yan, Fu Xiaoyan. Thermal Buckling and Modal Analysis for Grid Frame Wing Structure of High-speed Flight Vehicles[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(10): 1626-1631. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190029

高速飞行器网格翼型结构热屈曲及热模态分析

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190029
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11702282

详细信息
    作者简介:

    董严(1990-), 工程师, 硕士, 研究方向为弹箭结构动力学, 413dongy@caep.cn

  • 中图分类号: V414.3

Thermal Buckling and Modal Analysis for Grid Frame Wing Structure of High-speed Flight Vehicles

  • 摘要: 翼片结构在高速飞行过程中会承受比较大的气动力和气动热形成的复合载荷。为研究网格翼结构的工作热屈曲和热模态特性,进行了理论分析和有限元计算;得到了结构的热屈曲临界温度、均匀及非均匀温度载荷下的热模态参数;发现网格翼结构的热屈曲临界温度要高于相同外形和材料的实体平板翼结构,且高温下结构材料热物理参数对热模态的影响要大于材料弹性参数,非均匀温度载荷下的网格翼结构热模态固有频率数值与均匀温度载荷下有一定区别。
  • 图  1  翼型结构模型

    图  2  不同温度下固有频率变化曲线

    图  3  常温(20 ℃)下前6阶振型

    图  4  第1阶固有频率对比

    图  5  第2阶固有频率对比

    图  6  第3阶固有频率对比

    图  7  翼面不同位置热流密度曲线

    图  8  翼面温度分布

    图  9  非均匀温度载荷固有频率对比

    表  1  30CrMnSiA材料热物理参数

    T/℃ λ/(W·m-1·℃-1) c/(J·kg-1·℃-1) α/(10-5-1) E/GPa
    20 27.63 473.1 0 196
    100 29.30 519.1 1.100 188
    200 30.56 581.9 1.172 177
    300 30.56 644.7 1.292 167
    400 30.56 699.1 1.362 162
    500 29.51 766.1 1.390 157
    600 28.67 841.5 1.422 152
    700 27.21 916.6 1.453 147
    800 25.33 991.7 1.343 142
    下载: 导出CSV

    表  2  热屈曲临界温度计算结果

    序号 类型 m/kg Tc/℃
    1 网格框架蒙皮 1.58 612
    2 实体平板 3.98 413
    下载: 导出CSV

    表  3  不同温度下网格翼前6阶固有频率

    T/
    1阶/
    Hz
    2阶/
    Hz
    3阶/
    Hz
    4阶/
    Hz
    5阶/
    Hz
    6阶/
    Hz
    20 191 296 527 875 1000 1160
    100 186 280 495 831 977 1127
    200 177 257 453 769 947 1083
    300 168 228 401 697 917 1034
    400 157 197 348 629 896 982
    500 138 156 288 553 870 912
    600 59 81 223 468 814 874
    612 0 62 215 457 803 872
    下载: 导出CSV
  • [1] Vosteen L F, McWithey R R, Thomson R G. Effect of transient heating on vibration frequencies of some simple wing structures[R]. NACA-TN-4054, Washington: NACA, 1957
    [2] Vosteen L F, Fuller K E. Behavior of a cantilever plate under rapid-heating conditions[R]. NACA RM L55E20, Washington: NACA, 1955
    [3] McWithey R R, Vosteen L F. Effects of transient heating on the vibration frequencies of a prototype of the X-15 wing[R]. NACA TN D-362, Washington: NACA, 1960
    [4] Kehoe M W, Snyder H T. Thermoelastic vibration test techniques[R]. NASA TM 101742, Washington: NASA, 1991
    [5] Snyder H T, Kehoe M W. Determination of the effects of heating on modal characteristics of an aluminum plate with application to hypersonic vehicles[R]. NASA TM 4274, Washington: NASA, 1991
    [6] Natalie D S. High-temperature modal survey of a hot-structure control surface[C]//Proceedings of the 27th International Congress of the Aeronautical Sciences. France: French Society of Aeronautics and Astronautics, 2010: 2091-2110
    [7] Hudson L D, Stephens C A. X-37 C/SiC ruddervator subcomponent test program[R] NASA DFRC-1069, Edwards, CA: NASA, 2009
    [8] 吴振强, 程昊, 张伟, 等.热环境对飞行器壁板结构动特性的影响[J].航空学报, 2013, 34(2):334-342 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hkxb201302016

    Wu Z Q, Cheng H, Zhang W, et al. Effects of thermal environment on dynamic properties of aerospace vehicle panel structures[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2013, 34(2):334-342(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hkxb201302016
    [9] 吴大方, 赵寿根, 潘兵, 等.高速飞行器中空翼结构高温热振动特性试验研究[J].力学学报, 2013, 45(4):598-605 http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=lxxb201304014

    Wu D F, Zhao S G, Pan B, et al. Experimental study on high temperature thermal-vibration characteristics for hollow wing structure of high-speed flight vehicles[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2013, 45(4):598-605(in Chinese) http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=lxxb201304014
    [10] 吴大方, 王岳武, 商兰, 等.1200℃高温环境下板结构热模态试验研究与数值模拟[J].航空学报, 2016, 37(6):1861-1875 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hkxb201606017

    Wu D F, Wang Y W, Shang L, et al. Test research and numerical simulation on thermal modal of plate structure in 1200℃ high-temperature environments[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2016, 37(6):1861-1875(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hkxb201606017
    [11] 陈涛, 徐敏.温度载荷对壁板动力学特性的影响[J].强度与环境, 2014, 41(1):23-31 doi: 10.3969/j.issn.1006-3919.2014.01.004

    Chen T, Xu M. Effect of thermal load on the dynamic characteristic of panel[J]. Structure & Environment Engineering, 2014, 41(1):23-31(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1006-3919.2014.01.004
    [12] 李宇峰, 贺利乐, 张璇, 等.典型热防护壁板结构的热模态分析[J].应用力学学报, 2017, 34(1):43-49 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yylxxb201701008

    Li Y F, He L L, Zhang X, et al. Thermal modal analysis of typical thermo-defend panel structure[J]. Chinese Journal of Applied Mechanics, 2017, 34(1):43-49(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yylxxb201701008
    [13] 《工程材料实用手册》编辑委员会.工程材料实用手册, 第一卷, 结构钢、不锈钢[M].北京:中国标准出版社, 2001:156-170
    [14] 王泽武, 李耀宙, 夏良志, 等.圆筒形薄壳热屈曲临界温度理论解及修正[J].机械强度, 2017, 39(1):149-153 http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=jxqd201701025

    Wang Z W, Li Y Z, Xia L Z, et al. Theoretical solution and its correction of thermal buckling critical temperature for cylindrical thin-shell[J]. Journal of Mechanical Strength, 2017, 39(1):149-153(in Chinese) http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=jxqd201701025
    [15] 袁武, 王曦, 宋宏伟, 等.轻质金属点阵夹层板热屈曲临界温度分析[J].固体力学学报, 2014, 35(1):1-7 http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=gtlxxb201401001

    Yuan W, Wang X, Song H W, et al. Thermal buckling and its critical temperature analysis of sandwich panels with metal-truss core[J]. Acta Mechnica Solida Sinica, 2014, 35(1):1-7(in Chinese) http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=gtlxxb201401001
  • 加载中
图(9) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  549
  • HTML全文浏览量:  247
  • PDF下载量:  41
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-02
  • 刊出日期:  2019-10-05

目录

    /

    返回文章
    返回