蜂窩夾芯熱防護系統(tǒng)的熱分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、由于嚴峻的飛行環(huán)境和特殊的飛行任務(wù)，與普通飛機相比，航天飛行器結(jié)構(gòu)的熱防護系統(tǒng)的性能要求高，其設(shè)計極為重要。本文對航天結(jié)構(gòu)的蜂窩夾芯熱防護系統(tǒng)進行了熱分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，具體內(nèi)容如下:
　　本文以航天飛行器結(jié)構(gòu)的防熱-承載一體化設(shè)計的蜂窩夾芯熱防護系統(tǒng)作為研究對象，首先，基于有限元分析軟件ABAQUS對蜂窩夾芯熱防護系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)過程進行了數(shù)值模擬，數(shù)值模型中采用了不考慮對流換熱邊界條件的熱傳導(dǎo)平板模型進行近似計算，由蜂窩芯填充防熱

2、涂料所構(gòu)成的防熱層部分的等效熱傳導(dǎo)系數(shù)由文獻中不同計算方法得到，其中最優(yōu)方法所得結(jié)果與試驗值的誤差約為5％，研究表明不同的網(wǎng)格尺寸和表面反射率對計算結(jié)果影響不大。
　　其次，對具有熱防護系統(tǒng)的主承載結(jié)構(gòu)進行了熱應(yīng)力分析，其中蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)采用三維有限元模型，施加的熱載荷邊界條件為通過熱傳導(dǎo)計算得到的溫度場，比較了不同防熱層厚度和有無防熱涂料時熱應(yīng)力的差別，結(jié)果表明熱防護系統(tǒng)的隔熱效果越好，主承載結(jié)構(gòu)的溫度越低，熱應(yīng)力越小，溫度變化對

3、結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力的影響較為顯著。
　　最后，基于多學(xué)科優(yōu)化平臺Isight軟件，使用平板熱傳導(dǎo)模型對承載-防熱一體化結(jié)構(gòu)進行了尺寸優(yōu)化設(shè)計，在滿足相應(yīng)約束條件的前提下分別達到了重量最輕和隔熱能力最強的優(yōu)化目標，并分別對優(yōu)化后的蜂窩夾芯板進行熱應(yīng)力計算。計算結(jié)果表明:重量最輕的設(shè)計方案與原結(jié)構(gòu)相比，總質(zhì)量降低了約8.79％，熱應(yīng)力變化不大;隔熱能力最強的設(shè)計方案與原結(jié)構(gòu)相比，質(zhì)量幾乎不變，背面溫度降低了約31.86％，最大Von Mise