再入弹头的气动加热及热响应分析

• 作 者: 李凰立
• 出 处: 西北工业大学
• 发表日期: 2001年期
• 关键词: 气动加热 热流 轴对称 层流 湍流 转捩 热应力 温度载荷

气动加热是弹头再入大气时必然发生的现象，为了给弹头技术提供必要的基础理论和数据，研究气动加热是至关重要的。 在计算气动加热及热响应方面，本论文提出了一些解决方法。重点在于计算气动加热中的热流率，然后是温度场，热应力只是附带计算。 首先，这篇论文简要介绍了高超音速弹头的绕流流场，随后讨论了气动加热中所需要的众多参数，推导出热流密度的计算方法。在不考虑烧蚀以及质量引射等影响下，本文计算了驻点、层流、湍流区的热流密度。 然后，本文利用有限元的方法计算了由气动加热引起的温度场，考虑到弹头的轴对称外形，计算简化为二维运算。在整个运算过程中，严格遵循能量守恒原理。 最后，本文简要计算了热应力。其间运用了一种转化思维：将温度处理为“温度载荷”，这样就能用弹性力学问题的处理方法来求解热应力。计算工具仍然采用有限元法，运算效率相当高。 总之，本文成功地完成了气动加热及热响应计算的一系列设计。由气动加热到温度场、再到热应力的计算量相当多，但是本文在严格的理论基础之上设计了准确而实用的计算方法，程序执行较快，计算精度较高，具有一定的工程实用价值。