基于工程算法的材料燒蝕數(shù)值仿真.pdf

1、飛行器在以高超聲速再入大氣層時，其表面溫度非常高，飛行器承受嚴重的氣動加熱和機械剝蝕，若不嚴格的設計飛行器的熱防護層，會導致氣動加熱造成飛行器表面溫度過高損毀飛行器或是造成內部溫度過高造成儀器不能正常工作。因此準確的掌握燒蝕材料的燒蝕特性對飛行器的熱防護層設計具有重大意義，既防止了由于設計不足而造成的飛行器可靠性降低又解決了設計過度而造成飛行器負載增大降低了飛行器的運載能力同時增加成本。本文研究了不同燒蝕材料的燒蝕原理，推導出材料燒蝕的

2、控制方程，建立了基于工程算法的計算物理模型，利用著名的燒蝕仿真軟件Amaryllis對石墨材料、碳化材料的燒蝕進行了數(shù)值仿真，并分析了不同材料屬性對燒蝕特性的影響大小，為高超聲速飛行器的熱防護設計提供借鑒。不僅如此，該工程算法有效的減少了設計周期，得以應對日益商業(yè)化的航天事業(yè)。本文的主要研究內容包括:
　　總結了國內外各類熱防護材料的發(fā)展進程及研究現(xiàn)狀，提出了他們研究的優(yōu)勢和缺陷。分析了各類燒蝕材料在燒蝕過程中的放熱機理以及它們的

3、燒蝕物理模型。本文采用簡單而又精確的工程計算方法，推導出了材料燒蝕過程中控制體的質量守恒方程和能量守恒方程，分析了燒蝕材料在化學燒蝕、機械剝蝕以及相變燒蝕的不同計算方法。
　　建立了熱防護層的簡化物理模型，采用ALE網格劃分方法，并利用燒蝕領域中的權威軟件SAMCEF Amaryllis對燒蝕材料進行模擬仿真。求解出了燒蝕材料的瞬態(tài)溫度場、燒蝕后退的位移場以及材料密度的變化。改變燒蝕材料（如碳化材料、石墨）并將求解結果進行對比分析