祝强军, 唐硕, 谭艺明

(西北工业大学 航天学院, 陕西 西安710072)

高超声速弹性飞行器后体/外喷管建模与分析

祝强军, 唐硕, 谭艺明

(西北工业大学 航天学院, 陕西 西安710072)

考虑到全尺寸吸气式高超声速飞行器的机体弹性弯曲振动极易被激发,提出了一种包含机体弹性弯曲影响的外喷管建模和分析方法。该方法首先用虚拟激波膨胀波法确定剪切层的位置,然后用影响系数法求解外喷管中的准一维流,并用活塞理论修正后体下表面的压力。用该方法对一个全尺寸吸气式高超声速飞行器的后体/外喷管进行了仿真分析,结果表明,仅考虑低频、小振幅的后体弹性弯曲运动对外喷管性能的影响并不显著。

高超声速; 弹性; 外喷管; 影响系数; 活塞理论

引言

对于全尺寸的吸气式高超声速飞行器,其低阶弹性弯曲模态频率通常很接近其刚体运动频率,激励刚体运动的控制输入极易激发机体的低阶弹性弯曲模态。吸气式高超声速飞行器的典型特点是乘波体机体和超燃冲压发动机一体化设计[1-2],用飞行器的后体下表面和膨胀过程中形成的自由射流边界构成喷管,并称其为单面喷管、自由膨胀喷管或者外喷管[3]。自由射流边界又称为剪切层,它是发动机尾气与自由流的静压达到平衡时的边界。如果飞行器机体发生弯曲振动,由于后体下表面的形状发生变化,剪切层也将发生变化,因此外喷管的膨胀性能将会改变,最终导致尾气对后体下表面作用力的大小和方向发生变化。……