高速飞行条件下CMC材料细观热响应特性

耐高温防热结构性能评估与设计是保障高速飞行器热安全的重要前提;精确预测真实飞行条件下防热结构非稳态热响应特性至关重要。以典型陶瓷基复合防热结构（CMC）为研究对象;分别基于有限体积法（FVM）和有限差分法（FDM）开展了飞行器前缘外流场计算以及对流辐射耦合条件下CMC材料代表单元体（REV）模型与等效模型热响应过程模拟;对比分析了瞬时气动热载荷条件下CMC材料非稳态热响应特性。研究表明:REV模型的热响应在流热耦合条件下反映出更为复杂的时空分布特性;在给定的高速飞行条件下;气动热载荷条件为150.34 kW/m²;相较于等效模型;其壁面最大温差可达21.78 K;且热流差极值延后温差极值2.39 s出现;结构内部温度分布与基体和纱线的空间分布及热物性强相关;沿厚度方向温度梯度呈逐渐衰减的“振荡”波形。相关研究结论可为飞行器热防护系统低冗余设计及热环境精确预测提供重要理论参考。