高超声速飞行器气动弹性力学研究综述

高速飞行器采用细长体布局和推进-机体一体化设计,并大量使用轻质材料、薄壁结构。这些因素造成推进系统与气动力、结构变形之间的相互影响,带来特殊的推力-气动弹性耦合问题。针对此类问题,本文基于飞行力学小扰动理论建立动力学方程,引入当地流活塞理论显式气动力模型、模态法结构变形模型和准一维超燃冲压发动机模型等兼顾分析精度和效率的子学科模型,提出了一种结构-气动-推力耦合的吸气式高速飞行器动力学建模方法。
采用此方法针对类X-43典型高速飞行器二维模型进行动力学稳定性分析,包括推力及弹性耦合对飞行器动力学特性产生的影响和对关键耦合参数的变参分析。分析结果验证了建模方法的可行性,并证明了推力-气动弹性耦合对飞行器动力学特性的特殊影响,其中推力耦合会显著降低长周期稳定性,弹性耦合会略微增加短周期稳定性,而舵偏振动耦合则会显著降低短周期稳定性。