摘 要：基于有限元方法，对头罩结构进行传热计算分析，得到其温度载荷分布;将温度载荷施加于头罩结构分析模型，进行结构热应力计算和分析。热应力分析结果为某型靶机方案论证提供了一定的数据支撑，也为后续设计阶段奠定了一定基础。

关键词：靶机;有限元;传热;热应力

0 引言

飞行器在超声速飞行时会产生剧烈的气动热，使头罩结构温度升高并产生较大的温度梯度，引起膨胀而产生较大的结构热应力[1-2]，特别是头罩顶端区域，从而对结构强度会产生较大的影响。因此，在超声速飞行器方案论证和设计阶段，需要分析气动热对结构的影响，并采取隔热、加强结构或使用新型材料等措施解决气动热带来的问题。

某型靶机需要进行超声速巡航，因此，有必要对其进行结构热应力分析，以评估其强度是否满足要求。某型靶机机身结构如图1所示，包括圆锥头罩和圆柱机身两部分。

本文应用有限元计算方法，在MSC.PATRAN软件中对头罩结构进行有限元建模，然后使用MSC.NASTRAN软件对结构进行传热计算分析，得到结构的温度分布数据;利用该结果数据在MSC.PATRAN软件中建立温度场，并施加在结构模型上，使用MSC.NASTRAN软件进行热应力计算分析。

1 有限元计算模型

考虑到对称性，对头罩1/4的结构划分有限元网格并进行计算分析即可。头罩1/4结构的有限元分析模型如图2和图3所示，其网格划分使用Hex8网格。

蒙皮的材料选择硬铝合金，其材料属性如表1所示。由于热导率和热膨胀系数都是随温度变化而变化的，但在20～150 ℃内其值变化较小，所以表1中的热导率和热膨胀系数均取其平均值。……