空天飛行器再入過程中關鍵熱結構的熱分析.pdf

1、隨著空間技術的飛速發(fā)展，可重復使用空天飛行器成為新一代天地往返運輸系統(tǒng)的發(fā)展方向，對于降低空間運輸成本具有重要的意義。而對于這種先進的可重復使用運載器，防熱領域的研究工作一直受到極大的重視。對空天飛行器進行再入過程的氣動熱分析和防熱結構的溫度場以及熱應力的計算可以直接為防熱系統(tǒng)(TPS)的設計和評估提供重要依據，是項很有意義的工作。 本文研究對象是采用防熱—結構一體化設計的可重復使用空天飛行器的全C/SiC復合材料襟翼結構。首先

2、對空天飛行器再入過程中的熱環(huán)境進行了分析和計算。根據美國先進空天飛行器X-38的再入軌跡，計算襟翼結構在再入過程中的氣動加熱問題?；赑randtl的邊界層理論，將流場分為邊界層外的無粘流場和邊界層內粘性主導的區(qū)域，將邊界層外無粘流場的數值求解和邊界層內粘性主導區(qū)域的工程算法相結合，計算空天飛行器襟翼結構在再入過程中在迎風面上產生的熱流密度。 采用有限元的方法計算襟翼結構由氣動加熱引起的溫度場以及在溫度場作用下的熱應力。溫度場計

3、算考慮了的傳導、對流和輻射三種傳熱方式同時存在的情況，并與傳統(tǒng)飛行器熱分析只考慮傳導和對流兩種傳熱方式的計算結果進行了對比，證實了輻射換熱在再入過程的結構熱傳遞中占主導地位。探討了材料的熱傳導系數、比熱等因素對熱分析結果的影響，以及溫度場梯度的變化對熱應力的影響。 本文在嚴格的理論基礎之上設計了準確而實用的計算方法，完成了再入過程結構的氣動加熱、溫度場以及熱應力的計算和分析，對空天飛行器的防熱結構設計具有一定的工程實用價值。