熱防護(hù)結(jié)構(gòu)縫隙熱響應(yīng)分析與設(shè)計(jì).pdf

1、為了緩解飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)單元之間的熱膨脹和變形，在熱防護(hù)組件間預(yù)留了一定的縫隙，而縫隙的存在可能使得高溫氣流進(jìn)入熱防護(hù)系統(tǒng)內(nèi)部，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部過熱。本文主要從流、熱、固三個(gè)方面，對熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)縫隙開展熱分析與設(shè)計(jì)研究。
　　首先通過建立高超聲速縫隙流動(dòng)模型，分析縫隙流動(dòng)特性，重點(diǎn)研究縫隙內(nèi)部氣動(dòng)熱。結(jié)果表明外部流動(dòng)只會(huì)對縫隙上部產(chǎn)生較大影響?？p隙迎風(fēng)面熱流峰值是當(dāng)?shù)仄桨鍩崃髦档?.5倍。分析了攻角、馬赫數(shù)以及縫隙幾何等參數(shù)對縫隙熱

2、流分布的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)攻角增大，使得氣動(dòng)熱對縫隙的影響深度增加但影響程度降低；馬赫數(shù)增加對縫隙內(nèi)相對熱流分布基本沒有影響；縫隙寬度的增加使得外部流場對縫隙內(nèi)熱環(huán)境的影響深度和影響程度同時(shí)增加。綜合而言，縫隙寬度是影響縫隙內(nèi)部熱環(huán)境的關(guān)鍵因素。
　　根據(jù)縫隙熱流分布規(guī)律，對縫隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱響應(yīng)分析。研究發(fā)現(xiàn)局部熱流會(huì)導(dǎo)致縫隙上部溫度快速升高，加劇縫隙輻射導(dǎo)致的熱短路效應(yīng)。在縫隙內(nèi)高溫氣流對流和空腔輻射的綜合影響下，縫隙寬度增加使得

3、縫隙局部熱增加，當(dāng)縫隙寬度為4mm時(shí)達(dá)到最大值。
　　制備了不同寬度的隔熱瓦縫隙結(jié)構(gòu)件，利用氧-丙烷高溫燃?xì)饧訜崞脚_(tái)，對隔熱瓦縫隙試驗(yàn)件進(jìn)行了瞬態(tài)高溫燃?xì)鈱α髟囼?yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)縫隙上部達(dá)到輻射熱平衡時(shí)，隨著寬度增加，縫隙中部和下部的局部熱增越明顯，與數(shù)值模型結(jié)論一致。
　　針對三維隔熱瓦熱防護(hù)組件，開展熱力耦合分析并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。選取典型再入工況，考慮了縫隙導(dǎo)致的局部熱效應(yīng)，對熱防護(hù)組件進(jìn)行熱力耦合分析。利用Isigh