热防护复合结构的热振平台设计及热振特性研究

摘要

高超声速飞行器在气动加热引起其结构温度升高的同时，往往伴随剧烈的振动，深入认识热振环境对结构特性的影响可为飞行器安全性设计提供依据。目前，国内外很多学者已经对航天航空飞行器结构的热振动问题进行了诸多方面的研究，而地面热振联合试验是开展热振研究的重要试验手段，它不仅可模拟飞行器飞行状态下的热振现象，研究飞行器结构在热振环境下的响应特性及变化规律，又可进行结构的热振环境适应性考核。而热振试验中，由于试件要达到几百度甚至上千度的严酷热环境，许多实验设备无法满足试验要求，试验成本高，因此高温热振联合试验研究较少；同时热振试验中涉及的温度场分布模拟方法及试验测试方法等关键问题亟需解决。 本文以热防护复合材料壁板结构为典型对象，开展热振模拟方法及结构振动特性试验研究。首先完成了热振试验平台结构设计，建立了石英灯加热系统和激振器振动系统，并提出了高温环境下的激光测振试验方法，最终建立了高温环境下的热振试验平台，可实现常温25℃~600℃范围内典型结构的热振环境模拟与测试。其次，采用高温环境下的激光测振试验方法对热防护复合材料壁板进行了自由边界下多种温度及温度梯度下的热模态试验，得到了热防护复合材料壁板结构振动特性随温度及温度梯度变化的规律。最后针对振动响应问题，研究了振动控制系统算法流程框架，采用了谱的比例均方根修正算法，建立了单点激励振动系统的控制仿真以及两点激励两点响应的振动控制仿真，并利用Matlab对算法编程求解，最终使控制谱达到了参考谱的控制精度要求。 本文研究成果为进一步研究典型结构的热振响应特性奠定了基础，并为进行复杂结构的热振模拟研究提供了方法指导。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容和章节安排

2 热模态与响应分析基本理论

2.1 结构瞬态温度场有限元法

2.2 热应力场计算

2.3 热模态响应计算基础理论

2.4 本章小结

3 典型结构热—振耦合试验方法及平台设计

3.1 热模态试验原理

3.2 热振试验平台结构设计

3.3 热环境系统设计

3.4 本章小结

4 热防护复合结构热模态试验

4.1 热模态试验系统

4.2 气流加热的环境模拟方法

4.3 不同温度及温度梯度下的模态试验

4.4 热模态试验对比结果分析

4.5 热模态数值分析

4.6 本章小结

5 两点振动控制算法及仿真

5.1 振动基本控制原理

5.2 控制算法

5.3 单点激励振动系统仿真

5.4 两点激励振动控制仿真

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

附录 硕士研究生阶段发表论文

致谢