Постановка задачи оценки термонапряжений, возникающих в корпусе гиперзвукового летательного аппарата



Thermal Stress Evaluation for Hypersonic Vehicles: Problem Formulation

To determine thermal stresses in hypersonic vehicles it is proposed to solve the quasi-static unrelated problem in terms of the theory of thermal stresses and take into account nonlinear terms in the equations of thermoelasticity and thermal and elastic properties of the material depending on temperature. For significantly heat-stressed elements of the hypersonic vehicle under specified mechanical and heat loads temperature and displacement distributions and components of stress and strain tensors will be evaluated. For this method, the system of equations with boundary conditions is presented and two test tasks are analyzed. These test tasks have an analytical solution and were obtained by the commercial software package.

hypersonic vehicle, thermal strength, thermal stresses, the quasi-static unrelated problem.


Для определения температурных напряжений в корпусах гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА) предлагается решать квазистатическую несвязную задачу в рамках теории температурных напряжений, но с учетом нелинейных членов в уравнениях термоупругости, а также зависимости тепловых и упругих свойств материала от температуры. Постановка задачи выглядит следующим образом: для особенно теплонапряженных элементов ГЛА при заданных механических, тепловых воздействиях и свойствах материалов его конструкции будут определяться поля температур, перемещений, компонент тензоров напряжений и деформаций. Для такой методики приведена система уравнений с граничными условиями в общем виде и проанализированы две тестовые задачи, имеющие как аналитическое решение, так и полученное в коммерческом пакете программ численное решение.

гиперзвуковой летательный аппарат, термопрочность, температурные напряжения, квазистатическая несвязанная задача


1.Железнякова А.Л., Суржиков С.Т. На пути к созданию модели виртуального ГЛА. I. М.: ИПМех РАН, 2013. 160 с.
2.Численное решение сопряженной задачи гиперзвуковой аэродинамики и термомеханики термодуструктирующих конструкций / Ю.И. Димитриенко [и др.] // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. №9. URL. http://engjournal.ru/catalog/mathmodel/aero/1114.html (дата обращения 01.11.16).
3.Three-Dimensional Thermal Structural Analysis of a Swept Cowl Leading Edge Subjected to Skewed Shock-Shock Interference Heating / S.P. Polesky et al. // Journal of Thermophysics. V. 6. № 1. pp. 48-54.
4.Pandey A.K., Dechaumphai P., Weiting A.R. Thermal-Structural Finite Element Analysis using Linear Flux Formulation // NASA Technical Memorandum 102746. 1990. 10 p.
5.Коваленко А.Д. Термоупругость. Киев: Вища школа, 1975. 216 с.
6.Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел: Учеб. Пособие. М.: Высшая школа, 2001. 550 с.
7.Новацкий В. Теория упругости. М.: Мир, 1975. 872 с.
8.Лычев С.А., Манжиров А.В. Юбер С.В. Замкнутые решения краевых задач связанной термоупругости // Механика твердого тела. 2010. № 4. С. 138-154.
9.Муратиков К.Л. О формировании изображений неоднородных объектов лазерными фотоакустическими методами // Письма в ЖТФ. 2004. Т. 30. № 22. С. 58−64.
10.Муратиков К.Л. О формировании изображений неоднородных объектов со свободной границей лазерным фотоакустическим методом // Письма в ЖТФ. 2005. Т. 31. № 19. С. 59−66.
11.Чернова Т.А. Влияние нестационарных явлений на температурные напряжения и ресурс охлаждаемых лопаток турбин ГТД: дис. … канд. техн. наук: 05.07.05 / Чернова Татьяна Александровна. Пермь, 2006. 160 с.
12.Кузнецоа Ю.А. Нестационарные температурные поля и напряжения в конечных неоднородных телах: дис. … канд. техн. наук: 05.13.18 / Кузнецова Юлия Андреевна. Тула, 2006. 175 с.
13.Шейкин М. Российские суперкомпьютерные технологии проблемы и перспективы // Электроника: наука, технология, бизнес. 2013. №8. С. 114-120.
14.Головин Н.Н., Кувыркин Г.Н. Проблемы численного моделирования полей температур и напряжений в конструкциях сопловых блоков РДТТ // Инженерно-физический журнал. 2000. Т. 73 (1). С. 145-154.
15.Димитриенко Ю.И., Захаров А.А., Коряков М.Н. Разработка программного обеспечения для численного моделирования в задачах гиперзвуковой аэрогазодинамики перспективных летательных аппаратов // Программные системы: теория и приложения: электронный научный журн. 2012. Т.3, № 4. С. 17-26.
16.Суржиков С.Т. Расчетное исследование аэротермодинамики гиперзвукового обтекания затупленных тел на примере анализа экспериментальных данных. М.: ИПМех РАН. 2011. 192 с.
17.Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластины и оболочки. М.: Наука, 1966. 636 с.