一體化熱防護(hù)系統(tǒng)梯度腹板的設(shè)計與材料制備.pdf

1、熱防護(hù)系統(tǒng)作為高超聲速飛行器的關(guān)鍵子系統(tǒng)，正向力熱結(jié)構(gòu)耦合一體化方向發(fā)展。作為典型的一體化熱防護(hù)系統(tǒng)，波紋夾芯結(jié)構(gòu)中腹板面臨明顯的熱短路和熱失配效應(yīng)，如何解決這一問題成為一體化熱防護(hù)研究的關(guān)鍵和熱點之一。該問題形成的原因是連接結(jié)構(gòu)承力與隔熱功能的矛盾，本文圍繞這一矛盾，提出了采用梯度過渡材料作為連接結(jié)構(gòu)材料以解決上述問題的方法。論文主要對梯度腹板進(jìn)行了分析與設(shè)計，并對腹板梯度材料進(jìn)行了實驗制備及性能分析。
　　為驗證梯度過渡連接結(jié)

2、構(gòu)解決熱短路及熱失配問題的可行性，首先建立了波紋夾芯一體化熱防護(hù)熱/力響應(yīng)分析模型，對比分析了雜化酚醛樹脂/陶瓷、雜化聚酰亞胺樹脂/陶瓷兩類線性梯度腹板與單一陶瓷腹板在典型熱力載荷下的溫度、應(yīng)力響應(yīng)特性，結(jié)果表明采用梯度材料作為腹板，可有效降低熱防護(hù)背面溫度、減小熱應(yīng)力。
　　其次，為確定最佳的梯度過渡形式以指導(dǎo)材料制備，分析了不同梯度過渡形式下熱防護(hù)背面溫度、結(jié)構(gòu)應(yīng)力大小及分布，結(jié)果表明梯度過渡形式對結(jié)構(gòu)響應(yīng)有較為明顯的影響。以

3、結(jié)構(gòu)應(yīng)力最小化為目標(biāo)，以厚度方向不同位置的材料性能為設(shè)計變量，建立了梯度過渡形式的優(yōu)化方法，并針對本文所研究的材料組分獲得了最優(yōu)梯度過渡設(shè)計結(jié)果。
　　最后，根據(jù)有限元模型分析結(jié)果，開展了材料制備與性能研究。首先分別制備了雜化酚醛樹脂材料和雜化聚酰亞胺樹脂材料，以此兩種雜化材料作為先驅(qū)體，利用梯度溫度下的熱解技術(shù)分別熱解得到了酚醛樹脂梯度材料和聚酰亞胺樹脂梯度材料，并分別對雜化材料及梯度材料進(jìn)行了性能測試研究。結(jié)果表明雜化酚醛樹脂