[發(fā)明專利]一種高超聲速飛行器損傷主要累積面分析方法

在審

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• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112163275A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發(fā)明（設計）人: 王玉惠;李云鑫;陳謀;徐超;沈藝;侯思遠;陳天培;周澤宇;牟金震
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 施昊

本發(fā)明公開了一種高超聲速飛行器損傷主要累積面分析方法，步驟：計算高超聲速飛行器機體各表面非定常受力；建立高超聲速飛行器全機身損傷模型；建立高超聲速飛行器縱向彈性模型；選擇多組實際飛行狀態(tài)，分析不同飛行狀態(tài)下飛行器損傷主要累積面。本發(fā)明以飛行器全機身為研究對象，最大程度貼合實際的飛行狀態(tài)，且將飛行動態(tài)與損傷模型充分結合，彌補了以往定性分析時將飛行動態(tài)和損傷模型割裂的不足，為后續(xù)飛行器減損策略開發(fā)和減損控制器設計提供了更為可靠的參考。

技術領域

本發(fā)明屬于高超聲速飛行器損傷特性研究領域。

背景技術

高超聲速飛行器(HFV)在飛行過程中，由于機體表面氣動載荷分布十分復雜，其機身會產(chǎn)生不同程度的疲勞損傷。若任由損傷累積到一定程度，將可能發(fā)生結構失效甚至飛行器墜毀的后果。因此，分析HFV損傷特性并尋求有效的策略來延緩飛行過程中的損傷累積，對延長飛行器壽命，提高飛行器結構可靠性，具有重要的意義。

近年來，國內(nèi)外針對HFV做了大量基礎研究，如動力學模型構建和受力分析，在上述研究基礎上，Wang Y H等分析了飛行器機翼結構可靠性，邵鵬等和Zhang X H等分析了剛體HFV機翼損傷特性和顫振損傷特性，均得出迎角為影響飛行器機翼損傷累積的關鍵變量；Ying J Y基于預設性能理論，設計了可兼顧減損效果和保障飛行性能的HFV機翼減損控制器，效果良好；除此之外，張曉輝還結合預測控制算法，設計了顫振預測減損控制器，也獲得了良好的減損效果。可以肯定地說，為后續(xù)HFV減損研究，提供了重要的參考。但不足之處在于：第一，上述研究多以飛行器機翼為研究對象，未考慮全機身的損傷特性；第二，上述研究未考慮彈性因素的影響。因此，為了使研究結果更具參考性，以飛行器全機身為研究對象，且考慮彈性因素影響已是必然之舉。但同時，由于不同飛行動態(tài)下的飛行器損傷易累積表面不同，為了避免出現(xiàn)對損傷累積少的表面減損而未明顯增加減損效果，卻造成飛行性能降低的情況，應分析不同飛行動態(tài)下的飛行器損傷主要累積面。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述背景技術提到的技術問題，本發(fā)明提出了一種高超聲速飛行器損傷主要累積面分析方法。

為了實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明的技術方案為：

一種高超聲速飛行器損傷主要累積面分析方法，包括以下步驟：

(1)計算高超聲速飛行器機體各表面非定常受力；

(2)建立高超聲速飛行器全機身損傷模型；

(3)建立高超聲速飛行器縱向彈性模型；

(4)選擇多組實際飛行狀態(tài)，分析不同飛行狀態(tài)下飛行器損傷主要累積面。

進一步地，步驟(1)的具體過程如下：

(1-1)結合活塞理論、非定常激波-膨脹波理論以及對飛行器彈性振動建模，得到高超聲速飛行器上表面受力F_cf：

上式中，p_cf為上表面的當?shù)貕毫Γ琣_cf為上表面的當?shù)芈曀伲?Sub>cf為上表面當?shù)貧饬髅芏龋琿為俯仰角速度，x₁為積分變量，且v_cfx和v_cfz分別為上表面振動速度在機體坐標軸X_b軸和Z_b軸上的分量，τ_1,u為前體上傾角，i和j為沿X_b軸和Z_b軸的單位向量，為質(zhì)心到飛行器前端的距離，為質(zhì)心到飛行器后端的距離；

(1-2)計算高超聲速飛行器前體下表面的受力F_cd：