某型高超聲速飛行器SIC壁板動特性研究

李智勞 劉凡 郭艷

摘要：高超聲速飛行器在飛行的過程中，會受到嚴酷的氣動加熱作用。高溫會使結構模態的頻率，振型，阻尼發生嚴重的變化，甚至有些模態在熱試驗之后出現消失的現象。本文測試了某SIC材料的飛行器壁板經過五次加熱后的模態，給出了模態測試結果，并對結果做了分析。本文的研究為繼續探索高溫對材料力學性能的影響具有重要意義。

關鍵詞：高超聲速；氣動加熱；模態；壁板

中圖分類號：V416.2文獻識別碼：A

高超聲速飛行器具有高空高速的特點，對維護國家國防安全具有十分積極和重要的作用，是未來戰略進攻和戰略防御武器發展的一個制高點，當今世界各個大國對該領域的技術和戰略研究一直在積極推進。然而，高超聲速飛行器在飛行的過程中，會受到嚴酷的氣動加熱作用，結構本身的動特性也會發生改變，進而影響飛行器的其它各項力學性能。因此，研究高溫環境對結構本身特性的影響就顯得尤為重要。

1 試驗模態理論

根據模態分析理論，在比例粘性阻尼條件下，n自由度系統用模態參數表示的加速度傳遞函數矩陣為：

單點激勵情況下，矩陣的第L行第p列分量HALP，即在點p激勵，L點測量的加速度傳遞函數為：

上述傳遞函數包含了各階模態參數。

2 試驗

本次試驗件為一SIC材料結構。本次試驗測試設備見表1，本次試驗結果見表2，可以看出每加熱一次結構的模態頻率、振型、阻尼都會發生變化，第五次加熱后，只得到了結構的一階模態，其它模態都消失了。結構在每次加熱后本身的特性都會遭到破壞。

3 結論

本文對某高速飛行器壁板進行模態測試，測試結果表明，每進行一次熱試驗，結構的模態頻率、振型、阻尼都會發生變化，而且都是降低趨勢。這也說明了熱對這種結構有不可逆的破壞，每進行一次熱試驗，結構本身的剛度都會降低。最后一次測試中，只得到了結構的一階模態，其它模態都消失了，這說明了結構基本已經完全被破壞了。

參考文獻：

[1]曹樹謙，張文德，蕭龍翔.振動結構模態分析[M].天津：天津大學出版社，2001：5254.

[2]趙俊，聶振華，馬宏偉.拱結構模態測試中傳感器優化配置[J].振動、測試與診斷，2011，31（02）：217222.

[3]Brian J Schwarz，Mark H Richardson.Experimental Modal Analysis.Vibrant Technology[C].1999.

[4]張喜清，項昌樂，劉輝，等.基于預試驗分析的復雜箱體結構試驗模態研究[J].振動與沖擊，2011，30（04）.