可重復使用運載器機翼前緣熱防護系統(tǒng)設計及性能評估.pdf

1、可重復使用運載器（Reusable Launch Vehicle--RLV）在再入大氣層的過程中受到的氣動加熱非常嚴重，特別是機翼前緣位置的氣動加熱非常嚴酷。因此，熱防護系統(tǒng)（Thermal Protection System--TPS）是決定其成敗的關鍵技術(shù)之一。本文主要研究內(nèi)容為機翼前緣的氣動熱環(huán)境研究、機翼前緣防熱材料篩選及其熱分析、機翼前緣熱防護系統(tǒng)溫度場及其熱應力分析和一體化結(jié)構(gòu)研究方案設計。
　　熱環(huán)境作為防熱設計的重

2、要輸入條件，要求必須具有一定的精準度。本文采用工程計算、數(shù)值計算和地面風洞試驗相結(jié)合的方式，對可重復使用運載器機翼前緣的氣動熱環(huán)境進行了詳細的分析。獲得了機翼位置詳細的氣動熱環(huán)境數(shù)據(jù)，為下一步熱防護系統(tǒng)設計提供了氣動熱環(huán)境輸入數(shù)據(jù)。
　　本文研究了增強的碳/碳復合材料制備工藝及其性能，并對機翼前緣防熱材料進行了篩選。開展了機翼前緣熱防護一體化設計研究，提出的熱結(jié)構(gòu)機翼前緣組件采用分段式熱結(jié)構(gòu)空腔薄殼式方案。采用三維熱傳導方法對機翼

3、前緣熱防護系統(tǒng)進行溫度場計算分析，結(jié)果表明，同一時刻沿外形面的法向方向，溫度呈梯度分布，從外形面到內(nèi)壁面遞減變化；隨著再入時間增加，氣動熱環(huán)境的加劇，外表面溫度會逐漸增加至峰值，內(nèi)部溫度也會相應增加。由于材料熱物性的差異，外面板對氣動熱環(huán)境的響應較快，溫度升高得也很快，而內(nèi)部隔熱層由于熱導率較低，故傳熱較慢，并且越到內(nèi)壁面，溫度梯度越小。隨著氣動加熱的程度緩和，最高溫度區(qū)域不在外面板上而是出現(xiàn)在隔熱層中間，此時的溫度分布是中間區(qū)域高于內(nèi)