熱防護結構縫隙熱響應分析與設計.pdf

1、為了緩解飛行器熱防護系統(tǒng)單元之間的熱膨脹和變形，在熱防護組件間預留了一定的縫隙，而縫隙的存在可能使得高溫氣流進入熱防護系統(tǒng)內部，導致結構局部過熱。本文主要從流、熱、固三個方面，對熱防護系統(tǒng)結構縫隙開展熱分析與設計研究。
　　首先通過建立高超聲速縫隙流動模型，分析縫隙流動特性，重點研究縫隙內部氣動熱。結果表明外部流動只會對縫隙上部產生較大影響?？p隙迎風面熱流峰值是當?shù)仄桨鍩崃髦档?.5倍。分析了攻角、馬赫數(shù)以及縫隙幾何等參數(shù)對縫隙熱

2、流分布的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)攻角增大，使得氣動熱對縫隙的影響深度增加但影響程度降低；馬赫數(shù)增加對縫隙內相對熱流分布基本沒有影響；縫隙寬度的增加使得外部流場對縫隙內熱環(huán)境的影響深度和影響程度同時增加。綜合而言，縫隙寬度是影響縫隙內部熱環(huán)境的關鍵因素。
　　根據(jù)縫隙熱流分布規(guī)律，對縫隙結構進行熱響應分析。研究發(fā)現(xiàn)局部熱流會導致縫隙上部溫度快速升高，加劇縫隙輻射導致的熱短路效應。在縫隙內高溫氣流對流和空腔輻射的綜合影響下，縫隙寬度增加使得

3、縫隙局部熱增加，當縫隙寬度為4mm時達到最大值。
　　制備了不同寬度的隔熱瓦縫隙結構件，利用氧-丙烷高溫燃氣加熱平臺，對隔熱瓦縫隙試驗件進行了瞬態(tài)高溫燃氣對流試驗研究。試驗結果表明當縫隙上部達到輻射熱平衡時，隨著寬度增加，縫隙中部和下部的局部熱增越明顯，與數(shù)值模型結論一致。
　　針對三維隔熱瓦熱防護組件，開展熱力耦合分析并進行優(yōu)化設計。選取典型再入工況，考慮了縫隙導致的局部熱效應，對熱防護組件進行熱力耦合分析。利用Isigh