一體化熱防護(hù)系統(tǒng)梯度腹板的設(shè)計(jì)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(wèn)題成為一體化熱防護(hù)研究的關(guān)鍵和熱點(diǎn)之一。該問(wèn)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(guò)渡材料作為連接結(jié)構(gòu)材料以解決上述問(wèn)題的方法。論文主要對(duì)梯度腹板進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)，并對(duì)腹板梯度材料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)制備及性能分析。
　　為驗(yàn)證梯度過(guò)渡連接結(jié)

2、構(gòu)解決熱短路及熱失配問(wèn)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(duì)比分析了雜化酚醛樹(shù)脂/陶瓷、雜化聚酰亞胺樹(shù)脂/陶瓷兩類(lèi)線(xiàn)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(guò)渡形式以指導(dǎo)材料制備，分析了不同梯度過(guò)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(guò)渡形式對(duì)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(jì)變量，建立了梯度過(guò)渡形式的優(yōu)化方法，并針對(duì)本文所研究的材料組分獲得了最優(yōu)梯度過(guò)渡設(shè)計(jì)結(jié)果。
　　最后，根據(jù)有限元模型分析結(jié)果，開(kāi)展了材料制備與性能研究。首先分別制備了雜化酚醛樹(shù)脂材料和雜化聚酰亞胺樹(shù)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(shù)脂梯度材料和聚酰亞胺樹(shù)脂梯度材料，并分別對(duì)雜化材料及梯度材料進(jìn)行了性能測(cè)試研究。結(jié)果表明雜化酚醛樹(shù)脂