王安龄
,
桂业伟
,
贺立新
,
耿湘人
,
金玲
工程热物理学报
本文提出采用非均匀防热材料进行高超声速飞行器防热设计的设想,设计出外层部分为抗烧蚀、抗剪切的紧密结构材料,内层为密度轻、隔热效率高的稀松材料,中间为逐渐过渡层的非均匀防热材料,数值模拟了非均匀防热材料的烧蚀防热情况,探讨了非均匀防热材料在飞行器防热设计中应用的可行性和防热效果,通过本文研究发现采用非均匀防热材料可以降低原始材料质量消耗,大大减轻防热结构重量,减少向内部结构传导的热量,降低内部结构的温升,这些优点显示了非均匀防热材料具有很高的防热效率和广阔的应用前景.
关键词:
非均匀材料
,
热防护
,
烧蚀
刘磊
,
桂业伟
,
杜雁霞
,
耿湘人
,
王安龄
工程热物理学报
高速飞行会让飞行器结构承受大量的气动加热从而导致结构温度或应力失效,高超声速飞行器设计过程中通常需要进行结构考核试验.受风洞设备能力限制,试验模型尺寸、来流条件等方面与实际飞行条件存在很大差异.对真实模型进行缩放处理后进行风洞热结构考核,并通过相似关系转换获得真实飞行器结构温度情况,为飞行器防热布局设计提供有效数据支撑,有着迫切需求.本文通过热传导方程对模型相似参数进行讨论,并根据风洞试验实际边界情况进行了讨论研究.获得了具有针对性的相似准则关系.最后,经过对提出的相似参数进行的算例考核计算和初步分析,验证了该相似准则的正确性.
关键词:
风洞热结构考核
,
相似准则
,
温度场
桂业伟
,
刘磊
,
耿湘人
,
贺立新
,
王安龄
工程热物理学报
气动力/热与结构热响应多场耦合问题涉及物理因素众多且不可简单分割.本文对该耦合问题涉及的各物理场特点与耦合关系进行了研究,从基本物理特点和方程出发,研究了物理场间的耦合关系,并对一直沿用的多物理场耦合关系提出了新的观点与看法.以此为基础,研究获得了气动力/热与结构热响应多场耦合问题的数据流程,提出了针对该耦合问题特有的时间-空间耦合概念,并对其耦合策略与方法进行了深入探讨,为进一步开展相关计算研究工作奠定了理论基础.
关键词:
多场耦合
,
耦合关系
,
耦合策略
,
耦合方法
金玲
,
王安龄
,
桂业伟
,
耿湘人
,
唐伟
工程热物理学报
建立飞行器的热走廊物理模型和求解方法对于设计飞行器防热结构、确定飞行轨道和优化气动外形等均有重要的工程应用价值,本文对X43高超声速飞行器的飞行热走廊的物理含义进行了分析,初步建立了飞行热走廊的物理模型,给出了该物理模型下飞行热走廊的控制方程和求解方法,通过对X43高超声速飞行器典型位置的飞行热走廊的计算,研究了高超声速飞行器的热走廊规律和特征,研究了防热材料的性能对飞行走廊的限制,明确了防热材料的关键防热参数,通过研究发现: (1)防热材料的发射系数越大,其对应的热走廊越宽阔,飞行轨道的选择余地也越大; (2)不同位置、不同流态对应的热走廊边界不同,推迟转捩发生可以增加热走廊区域,有利于防热.
关键词:
气动热
,
热防护
,
热走廊
王安龄
,
桂业伟
,
耿湘人
,
贺立新
工程热物理学报
由于飞船返回舱的气动加热和热化学烧蚀是非常复杂的变化过程,许多参数很难测定,并且与材料制造工艺水平密切相关,目前使用的数据存在较大散布,需要研究这些不确定因素对防热效果的具体影响.本文数值模拟了炭化材料的烧蚀热响应过程,研究了气动加热及材料参数的不确定性对计算结果的影响,在对计算结果进行分析的基础上,定量地研究了这些不确定量对烧蚀防热影响大小,说明了防热材料的各物理量对烧蚀防热影响重要程度完全不同,应该对几个关键参数进行深入细致的研究.
关键词:
气动热
,
热防护
,
烧蚀
,
炭化
耿湘人
,
桂业伟
,
唐伟
,
贺立新
,
刘磊
工程热物理学报
高超声速飞行器需要先进的材料进行热防护,比如增强碳/碳材料.有两种将碳纤维制作成碳/碳球锥外形的工艺,研究表明在每种工艺中,碳/碳块体或碳纤维热膨胀系数异性轴角度对结构热应力影响很大,为此本文发展了一套优化设计方法,对给定的对流加热温度场可以实现球锥热应力的最小化.分析结果表明对于热膨胀系数异性轴角度,存在某些取值点,那时结构热应力分别达到最大和最小值.在异性轴模晕小于同性平面模量的条件下,对于工艺1,如果将球锥对称轴设置成垂直于碳/碳块体的同性平面,可以将热应力减至最小;对于工艺2,如果能将编制面内的碳纤维束异性轴角度取成负值(即指向来流方向),则球锥热应力也可以得到相当程度的减小.
关键词:
热膨胀系数
,
热应力
,
优化设计
,
C/C复合材料
黄谦
,
桂业伟
,
耿湘人
工程热物理学报
针对热防护系统(TPS)分层的特点,本文用有限元方法对单一材料和多层材料的平板内的热响应和热应力进行了计算研究.计算结果表明,层状平板和单层平板内的热应力分布有着不同的规律.另外,材料的选取及其在平板中的安排顺序,对热应力都有很大影响.
关键词:
平板
,
热应力
,
有限元法
耿湘人
,
桂业伟
,
张来平
工程热物理学报
本文对强对流加热环境下带再生冷却系统的红外窗口传热和热应力问题进行了数值模拟,采用一维管流假设,管流和固体结构传热采用耦合方式求解.研究表明:(1)在本文计算状态下模型温度和热应力都是随加热时间而增加的,最大温度发生在窗口表面的填充材料和石英玻璃中部,最大热应力发生在合金材料内部;(2)现有冷却管道配置下工质温度没有异常变化;(3)窗口区合金温度一直在升高,若飞行时间进一步延长,要考虑合金温升给窗口防热带来的不利影响;(4)在现有温度分布状态下,内冷管道的引入并未给结构强度造成薄弱环节.
关键词:
热防护
,
热传导
,
热应力
,
再生冷却
