大迎角翼板抖振响应的CFD/CSD耦合分析与验证

摘要

火星大气进入的EDL过程十分复杂,为使进入器在极其稀薄的大气中实现高效而可靠的减速,最终安全着陆,必须经历大气减速、超声速开伞和动力下降环节.通过超声速翼板装置的大迎角展开,将开伞前进入器的姿态回复到0度附近,可大大提高超声速开伞的荡发散,对翼板结构设计安全性,保证任务整体成功率.但由于翼板是弹性的,超声速大迎角展开后,会在气流的冲击和脉动下产生抖振,造成翼板结构动载响应增加甚至振造成极大压力.本文采用计算流体动力学/计算结构动力学(CFD/CSD)的耦合方法对进入器超声速大迎角翼板的抖振响应开展数值分析,并开展了典型状态的抖振试验验证.最终结果表明,翼板气动阻尼在跨、超声速状态均维持很低的水平.在Ma=2.5～3.0、α=10°附近,翼板结构振动响应逐渐发展为极限环振动,动态载荷峰值最大可达静态载荷的51.27％,振动形式以面外弯曲为主.试验与仿真结果具有很好的一致性.