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再入弹头的气动加热及热响应分析

李凰立  
【摘要】: 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。


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