国外航天运输系统防热系统,结构和材料的总体分析研究

对近年来国外航天运输系统包括飞船、航天飞机和空天飞机等的防热方案的选用方向、防热结构和防热材料的研究与应用以及发展方向进行了高度概括与分析，采用了新的分类方法，介绍了各种新型的防热系统、结构和材料。     

航天飞机用刚性陶瓷瓦防热材料发展概况

本文介绍及评述了全石英纤维防热瓦材料(LI)、具有代表性的FRCI材料、HTP及AETB四个系统的防热材料,并介绍了贴面组合结构的陶瓷防热材料和薄壳结构的防热材料等多组元组合结构防热材料的试验研究动向。     

可重复使用热防护系统防热结构

本文简单介绍及分析了现用航天飞机轨道器热防护系统(TPS)防热结构和正在研制或计划研制的盖板式耐热承载防热结构,从未来的完全可重复使用飞行器的基本结构布局出发,指出,所谓可重复使用的 TPS,实际上限定于其整机的可重复使用性;现用航天飞机 TPS 防热结构应该是下一代或未来的可重复使用飞行器 TPS 的优选方案,盖板式耐热承载防热结构很可能只是部分应用,直至盖板材料及盖板式耐热承载防热结构完全成熟。     

国外航天器防热系统和材料的应用研究现状

本文介绍近期各国新型航天运输系统包括重复使用航天飞船、航天飞机和空天飞机的防热系统布局、结构和材料选用与研究进展状况，涉及各种复合材料热结构、陶瓷或复合材料防热结构、金属防热结构的设计、材料性能和工艺，并进行简要的综合分析。     

一种新型蜂窝夹层结构防热材料

针对实际使用的热环境要求,提出了多种防热结构材料及结构方案.通过石英灯加热试验对其防热性能进行了考核验证.考察了防热涂层、样件结构形式以及材料种类对试验件防热性能的影响.结果表明,防热涂层可显著降低防热试验件的背温,最高降幅达241℃;相对于传统的玻璃纤维/酚醛层压板结构,在满足防热要求的同时,新型蜂窝夹层结构的面密度较低,仅为层压板的50％左右,具有明显的减重优势,其中聚酰亚胺面板的蜂窝夹层结构的面密度仅为酚醛玻璃钢面板夹层结构的80％,其表面加防热涂层样件的背温仅为246℃.     

可重复使用热防护系统防热结构及材料的研究现状

在对国外有关各类航天器的防热结构和材料进行广泛调研的基础上，对陶瓷瓦、柔性毡、盖板等防热结构及材料进行了介绍，并总结了防热结构和防热材料的发展现状及趋势。     

空间探测烧蚀防热材料应用及趋势

综述了国内外空间探测器烧蚀防热材料的种类及其应用情况,美国主要包括高密度酚醛/玻璃钢、蜂窝增强烧蚀防热材料、PICA及PICA-X以及高密度碳酚醛材料等,国内则主要包括酚醛/尼龙、蜂窝增强烧蚀防热材料和NF材料,介绍了这些材料所应用的探测器、气动加热环境、防热材料性能和防热结构成型技术。总结了美国空间探测防热材料研制中出现的两次烧蚀异常及导致的探测器选材变化,可见防热材料与热环境耦合关系复杂。同时介绍了我国针对防热材料抵御异常损伤开展的部分工作。最后对空间探测防热材料的应用与发展做出了展望。     

一种防热涂层的应用工艺

防热涂层对小型高速战术导弹结构实现先进设计和防热性能十分重要,而应用工艺直接关系到

其防热效能。本文通过对表面处理、底层涂料、填料分散、喷涂干燥等工艺的研究,使防热涂层附着力、防热性

能以及环境适应性均满足使用要求,最终确定了一种可靠的施工工艺方案。

     

基于有限元方法的防热瓦损伤分析

防热系统是可重复使用运载器安全飞行的重要保障,而对受损防热结构进行传热特性分析是实现其健康监控的基础.本文针对典型的可重复使用陶瓷防热瓦,建立其有限元传热学分析模型,在考虑气动加热、辐射散热以及防热瓦与飞行器蒙皮之间的传热三种因素的基础上,分别模拟了单片防热瓦在正常情况和发生表面涂层损伤或冲击损伤情况下的传热情况,并进一步分析了两种损伤对于防热瓦温度分布的影响.结果表明,冲击损伤对防热瓦的影响比表层损伤明显严重,可能导致防热瓦底层结构的温度过高而产生严重后果.本文在讨论相应的损伤监测的测点布置原则后建议对防热系统进行多层次的温度监测.     

航天飞机防热系统——材料的成就

航天轨道器系统,更确切地说,航天飞机是覆盖有防热材料的传统铝合金结构,防热材料的作用是为了再入时使其结构件温度不超过177℃。 那么防热系统的工作状况如何呢?洛克韦尔国际空间研究分部的专家们认为:“防热系统工作得比预想的还要好。在高级材料和加工工程协会的第27届国家讨论会上,克莱西和史     

载人飞船防热方案及材料的确定

本文在分析工作环境的特点及其对材料工艺影响的基础上,提出发展载人飞船应采用低密度烧蚀防热结构,并对这种防热材料的关键技术作了预测和评述。     

航天飞行器热防护系统及防热材料研究现状

随着航天技术发展,飞行器的飞行速度更快,服役环境更加恶劣,有效的热防护系统是保证飞行器安全飞行的关键系统之一。本文综述了被动防热系统、主动防热系统和半被动防热系统3类热防护系统在航天飞行器上的应用现状,重点介绍了金属基复合材料、碳基复合材料、陶瓷基复合材料、树脂基复合材料和气凝胶材料,5类防热材料在航天领域的应用发展情况,并提出了航天飞行器未来热防护的发展趋势。     

金属热防护系统设计的有限元分析

对可重复使用运载飞行器金属热防护系统进行了有限元分析,计算发现超耐热合金防热结构中下层蜂窝夹芯板的存在会增加结构的质量,但是并不会提高绝热性能,因此改进型防热系统取代了超耐热合金防热系统。比较分析了板间缝隙宽度和辐射率对防热结构底部最大温度的影响,表明减小板间缝隙是消除缝隙辐射的最好办法。分析了模拟条件对热防护系统尺寸设计的影响:初始温度为0℃时比为40℃时最大可以减少17%的厚度和7.7%的质量;考虑热损失厚度最小可以降低26%,质量最小可以降低7%。     

轻质烧蚀防热材料结构组成对烧蚀形貌的影响

采用石英灯烧蚀试验对研制的一种轻质烧蚀防热材料在不同防热结构下的烧蚀形貌和隔热性能进行了研究。结果表明:不同的防热结构形式,轻质烧蚀防热材料的烧蚀形貌不同,防热结构的纵向温度梯度和面内温度梯度均影响轻质防热材料的烧蚀形貌,温度梯度越小,热量在材料表面积聚越严重,因此表面碳化特征越明显。在不同材料的面内组合状态下,轻质烧蚀防热材料可实现与较高密度材料的匹配烧蚀,说明其烧蚀防热效率较高。在防热结构设计时,可综合考虑其面密度和烧蚀形貌,合理利用防热结构组成,实现高效防隔热和轻量化设计。     

超燃冲压发动机进气道表面热结构设计与分析

基于超燃冲压发动机进气道表面的热环境,考虑采用结构防热来实现进气道表面的有效热防护.对进气道表面进行了隔热网结构和瓦楞结构两种方案的热结构设计,并分别对两种方案设计的热防护效果进行了仿真计算.结果表明,在设计工作时间内两种热结构设计都满足工作在材料许用温度范围内的要求,可以实现有效热防护.并在计算结果基础上,对两种方案结构进行了分析比较,指出了瓦楞结构的防热效果更佳.      

国外先进载人航天系统所用的新材料

本文介绍国外先进载人航天系统所选用的各类新材料，包括结构与防热材料、热控材料、密封材料、推进剂材料、电子、光学和磁性材料、电源和储能材料以及特殊功能材料的主要特性和用途。     

金属复合防热瓦的研究

本文主要研究了,金属复合防热瓦的结构、制造工艺及热物理性能,并取得突破性进展。研究表明:金属防热瓦的容重和热物理性能等主要指标可以达到同一使用温区的陶瓷防热瓦的水平,而金属防热瓦的强度和刚度更优越,因此,它是很有前途的一种可重复使用的防热结构材料。     

复合材料气瓶热防护材料隔热性能试验研究

以复合材料气瓶热防护材料的耐高温及隔热性能为研究对象，通过真空舱模拟上面级飞行段的真空环境，采用石英灯阵模拟热源，对两种热防护方案开展真空热试验，分析了不同材料（组合）、多层隔热组件不同单元的隔热性能及其差异产生的原因。结果表明两种防热方案都可使气瓶壁面温度满足不超过70 ℃的温度要求，其中“柔性隔热毡+中温多层”组合防热结构的耐温和隔热性能更优，并通过理论计算与试验值对比验证了热仿真计算中的不确定性，试验结果可为后续型号防热设计提供参考。     

新型载人飞行器轻质化机身结构的概念设计研究

针对新型载人飞行器,基于结构方案设计、力学分析和模型结构性能测试等研究,提出了轻质化机身结构的设计方案。采用柔性层合薄膜实现机身大面积防热结构;采用空间桁架结构体系和新型节点连接形式,确定了飞行器机身的轻质承载结构设计方案;采用刚性杆-柔性索段组合方案,设计了机身结构和燃料储罐之间的连接系统。利用有限元软件ANSYS评估了结构体系的力学性能。利用机身典型承载结构的缩比模型进行了力学试验,验证了有限元分析模型和结果。研究结果可为新型载人飞行器的轻质化机身结构提供设计参考。     

用于高温测量的红外热成像技术

用于高焓风洞实验中模型表面温度测量的CCD红外热成像系统，测量范围1000－3500K。笔者介绍系统原理和标定过程，并给出了初步风洞实验结果。通过与红外高温计测量结果的比较分析，验证了该系统的可靠性和实用性。系统的研制成功为地面防热；热结构实验中模型表面温度测量提供了先进的手段。