刚性隔热瓦对舱段结构动特性影响规律分析

目的 分析刚性隔热瓦尺寸、瓦间缝隙大小及热环境对典型舱段结构动特性的影响规律.方法 以刚性隔热瓦式热防护系统的高超声速飞行器舱段结构为研究对象,建立其动力学模型,分别研究自由-自由边界条件下刚性隔热瓦尺寸及瓦间缝隙大小对舱段结构动特性的影响规律.开展热环境下舱段结构的稳态热传导分析,获得热环境下舱段结构的温度场分布,然后将温度场作为载荷,进行舱段结构自由-自由边界条件下的热模态计算,分析热环境对刚性隔热瓦式热防护舱段结构动特性的影响规律.结果 刚性隔热瓦尺寸从150 mm增加至250 mm时,舱段第1阶弯曲模态频率从114.40 Hz提高至114.55 Hz,提高了0.13％.刚性隔热瓦间缝隙大小从0.8 mm增加至1.5 mm时,舱段第1阶弯曲模态频率从114.50 Hz提高至114.77 Hz,提高了0.24％.典型热环境下舱段结构最大热应力为0.0144 MPa,最大热变形为0.206 mm,刚性隔热瓦间缝隙尺寸取0.8 mm时,满足要求.常温和热环境下,舱段结构第1阶弯曲模态频率分别为114.50、114.48 Hz,温度载荷导致舱段结构弯曲模态频率降低0.017％.结论 自由-自由边界条件下,在合理的设计范围内,刚性隔热瓦尺寸及刚性隔热瓦间缝隙大小对舱段结构动特性影响均较小.线性温度梯度工况下,温度场引起的热变形和热应力也很小,因此热环境对舱段结构热模态特性的影响亦很小,可以不予过分考虑.