高溫光子晶體熱防護(hù)結(jié)構(gòu)熱物理特性研究.pdf

1、如果航天器在高度較低的空間以很高的速度飛行時(shí),將要承受很大的氣動(dòng)加熱熱流,需要有效的熱防護(hù)措施。同時(shí),目前激光武器已經(jīng)成為各國衛(wèi)星,導(dǎo)彈的新威脅,高能激光能夠在很短的時(shí)間內(nèi)摧毀衛(wèi)星和導(dǎo)彈,同樣也需要有效的熱防護(hù)。光子晶體(Photonic Crystals,PCs)是由不同折射率的介質(zhì)周期性排列而成的人工微結(jié)構(gòu)。光子晶體具有光能禁帶,一定頻率或波長區(qū)域的光無法在其中傳播。由于氣動(dòng)加熱和激光燒蝕兩種情況的溫度都很高,輻射傳熱占據(jù)主導(dǎo)地位,

2、所以具有光能禁帶的光子晶體成為熱防護(hù)的良好材料。
　　本文主要研究了光子晶體在熱防護(hù)領(lǐng)域方面的應(yīng)用,首先建立了航天器的三維幾何模型,計(jì)算了Ma=5時(shí),航天器的氣動(dòng)加熱情況,得到航天器外蒙皮的溫度分布。之后建立宏觀一維三層平板傳熱模型,利用商業(yè)軟件Fluent,在三層平板模型的一側(cè)施加熱流,計(jì)算了在氣動(dòng)加熱環(huán)境下,有無光子晶體的溫度分布情況,得到光子晶體的熱防護(hù)效果。
　　接下來進(jìn)行了激光武器打擊能力的計(jì)算,再次利用Fluen

3、t,采用相同的傳熱模型,同樣在三層平板模型的一側(cè)施加熱流,計(jì)算激光打擊下,有無光子晶體的溫度分布情況,得到光子晶體的熱防護(hù)效果。
　　然后進(jìn)行了優(yōu)化光子晶體熱防護(hù)效果的研究,采取了多層結(jié)構(gòu)和增加主動(dòng)冷卻通道兩種方案,利用Fluent分別計(jì)算了2層和4層兩種多層結(jié)構(gòu)的熱防護(hù)涂層以及增加以水為工質(zhì)的主動(dòng)冷卻通道的熱防護(hù)涂層的計(jì)算結(jié)果,再將得到計(jì)算結(jié)果與之前的計(jì)算結(jié)果對比,得到優(yōu)化的效果。
　　最后,進(jìn)行了光子晶體禁帶的研究,使用