题目：高超声速飞行器气动弹性问题研究

高超声速飞行器是当代航空航天技术发展的重要方向，高超声速飞行器面临复杂的飞行环境和苛刻的设计要求，其气动弹性问题呈现出涉及学科更多、影响因素更为复杂等特点，其气动弹性问题也日益得到飞行器设计人员的关注。本论文在系统分析高超声速飞行器气动弹性问题研究进展基础上，主要围绕壁板结构颤振；推力作用下的细长飞行器气动弹性稳定性；吸气式高超声速飞行器的气动推进/气动弹性耦合三个主要问题进行研究。根据高超声速飞行器气动弹性力学问题的特点，本论文提出了由热环境下的结构动力学、非定常气动力活塞理论、动力学稳定性理论和弹性飞行器飞行动力学共同构成高超声速飞行器气动弹性力学工程分析的理论框架。提出利用基于定常计算流体力学方法和活塞理论结合的当地流活塞理论计算曲面壁板非定常气动力，并与结构动力学方法相耦合从而进行曲面壁板结构气动弹性稳定性计算的分析方法，研究了曲面表面流动分布对于颤振稳定性的影响；在考虑热应力和预载荷应力引起的附加刚度的情况下，建立存在预应力作用下壁板结构气动弹性分析模型，分析了结构温度、材料热膨胀系数等参数对于壁板结构气动弹性稳定性的影响，总结了这类颤振的一般规律。推力作用下细长弹箭飞行器的动力学特性会发生一定的改变，进而改变其气动弹性特性。本论文中将细长弹箭理想化为非均匀梁模型，将推力的影响按照随动载荷考虑，根据非保守系统的Hamilton原理，建立了随动推力作用下的非均匀梁振动分析数学模型，有限元的方法用于数学模型的数值计算，得到了均匀梁模型和典型弹箭飞行器结构振动特性和动力学稳定性随推力变化的情况。考察了影响算法精度的因素，分析了随动载荷对于结构振动特性的影响，讨论了质量分布对于此类问题的影响。在此基础上，耦合非定常气动力求解方程，建立了随动载荷作用下细长飞行器气动弹性力学方程，分析了随动推力对于颤振临界速度以及非定常气动力对于随动推力失稳值的相互影响，形成了全面的细长飞行器气动弹性稳定性分析方法。吸气式高超声速飞行器机体与发动机高度一体化，导致气动/推进/气动弹性之间存在严重的耦合问题，本论文以吸气式飞行器二维模型为研究对象，通过采用活塞理论计算飞行器气动力、飞行器结构简化为两段一端固支梁模型，推导并创建了包括冲压发动机模型在内的弹性飞行器动力学分析模型。通过数值仿真计算，分析归纳了飞行器质量、飞行器结构弹性频率、飞行器气动力和推力等因素对于气动推进/气动弹性耦合问题的影响效果。