高超声速飞行器热防护结构参数优化及对比分析

高超声速飞行器对结构性能、热防护性能以及结构重量有很高的要求。为了获得最小的结构重量,文章从热防护的角度进行了优化分析:分别选择铝合金和先进复合材料作为蒙皮,在不同的热载荷条件下,对多种热防护结构（TPS）建立一维传热模型,并进行了结构尺寸优化,得到了单位面积TPS的最小重量;分析飞行器再入过程中的温度载荷、再入时间以及蒙皮材料可承受的最高温度对热防护结构最小重量的影响。ANSYS仿真分析结果表明:温度对TPS的单位面积最小重量有显著影响,LI900刚性陶瓷隔热瓦和先进金属蜂窝夹层防热结构有重量优势;采用复合材料蒙皮的TPS可使重量大幅减轻;飞行器再入时间和再入初始温度对刚性陶瓷隔热瓦重量的影响大于对金属盖板式隔热结构。     

航天器蜂窝夹层结构复合材料热变形分析

蜂窝夹层结构复合材料在航空、航天结构中已得到了广泛的应用。文章从热变形分析角度出发,对蜂窝夹层结构复合材料的热变形分析问题提出了几点看法。     

航天器蜂窝夹层结构复合材料热变形分析

蜂窝夹层结构复合材料在航空、航天结构中已得到了广泛的应用。文章从热变形分析角度出发，对蜂窝夹层结构复合材料的热变形分析问题提出了几点看法。     

星载微带相控阵天线游离板结构设计

文章针对星载微带相控阵天线的结构,首先对非对称蜂窝夹层板加边框、非对称板加平衡铜箔层以及对称蜂窝夹层板三种阵面设计方案进行了分析、总结,指出了三种方案的不足之处。然后介绍了游离板设计的原理,建立了单板的有限元模型,进行了加工成型变形和在轨热变形分析。根据星载微带阵天线的结构指标要求,通过分析比较,得出游离板设计方案具有热变形最小、可以满足星载微带阵天线的结构性能指标的结论。     

空间高稳定碳/碳蜂窝夹层结构制备及性能

针对空间高稳定结构在极端环境下的灵敏度和稳定性需求，提出一种新型高稳定、高承载的轻质碳/碳(C/C)蜂窝夹层结构方案。碳/碳蜂窝夹层结构由化学气相渗透(CVI)致密化获得的整体碳/碳蜂窝和面板经胶粘剂粘接集成，通过评价蜂窝、面板以及夹层结构的内部质量、力学性能及热物理性能，展示了碳/碳蜂窝夹层结构在承载和尺度稳定性方面的优势。研究结果表明,典型特征碳/碳蜂窝承载性能稳定，平压强度＞10 MPa，L/W向剪切强度＞4 MPa，典型特征碳/碳蜂窝夹层结构热膨胀系数低，满足空间环境条件下面内热膨胀系数绝对值低于 1×10 -7 /℃的高稳定设计需求。     

带隔热层蜂窝夹层结构的超高速撞击特性研究

带隔热层的蜂窝夹层结构是航天器常用的结构材料。针对带隔热层蜂窝夹层结构开展了超高速撞击试验研究和数值模拟。通过试验获得了带隔热层蜂窝夹层结构的弹道极限方程,并利用该方程计算了带隔热层前板的等效厚度;同时采用光滑质点流体动力学(SPH)和有限元(FE)耦合的方法,对蜂窝夹层结构的超高速撞击过程进行了数值模拟,模拟结果表明:蜂窝芯限制了碎片云的径向膨胀,碎片云轴向流的导流和分流作用。     

蜂窝夹层结构芯子塌垮的工艺分析

蜂窝夹层结构成型的质量受成型过程中工艺条件的影响很大，主要影响是使蜂芯压皱甚至塌垮造成整个蜂窝夹层结构失稳报废。简述美国采用的一种模拟蜂窝夹层试验板并引入了一个无量纲的蜂窝芯塌垮数（ＨＣＣＮ）来研究工艺条件对蜂窝芯受压塌垮的影响，分析芯子塌垮的机理，为制造高质量的蜂窝夹层结构提供了指南。     

研究蜂窝夹层结构工艺与特性的模拟试验板

文章介绍了一种适用在实验室范围研究蜂窝夹层结构加工过程中芯子倒塌问题的模拟试验板。所得结果与大型试验板相比,有较高的可靠性。其结果可按照芯子倒塌机理以及从其他分析方法所得的数据来说明,这些分析方法包括:渗透测试,芯子内部压力测试,以及示差扫描量热法和热重法。这种模拟试验板可有效地用于研究热压罐压力,芯子高度,胶粘剂,铺层方式对芯子倒塌的影响。因此,可把它作为研究材料性能,工艺条件和蜂窝结构外观之间相互关系的有效工具。另外,文中述引入了一个无量纲参数,即蜂窝芯子倒塌数(HCCN),可用于定量评估芯子倒塌倾向。     

含相变材料热防护结构一体化设计与试验

利用相变材料储热密度大、比热容高等优势,设计了一种含相变材料的新型一体化热防护结构(PCM-ITPS),并通过数值计算分析了其隔热特性。结果表明,在一体化热防护结构底板处铺设相变材料可吸收热短路效应导入的过量热载,改善结构的隔热性能。然后设计并制备PCM-ITPS试验件,通过隔热性能测试试验对结构隔热特性进行验证。在此基础上进行热应力分析验证其承载性能,并以结构参数为设计变量,隔热和承载性能要求为约束条件,实现了PCM-ITPS结构的轻量化设计,优化后PCM-ITPS方案相对传统ITPS方案减重23.35%。以上工作为促进热防护系统的设计-制造一体化进程提供必要的理论储备与技术支持。     

一体化热防护技术现状和发展趋势

防隔热/承载一体化热防护的结构承载功能使其比传统热防护具有更高的结构效率。近年来,已经发展了波纹夹芯一体化热防护及改进方案、刚性隔热夹芯一体化热防护、多层级一体化热防护等多种一体化热防护概念。首先介绍了各方案的结构特征,分析了各方案的热短路效应和结构承载性能。阐述了一体化热防护等效性能分析与热力耦合响应高效分析方法。介绍了热力耦合约束下一体化热防护的结构尺寸优化与材料优选方法。论述了一体化热防护非确定性分析与设计方面的研究进展。在此基础上,总结了一体化热防护发展的特点和不足,探讨了一体化热防护的发展方向。     

V型皱褶芯材夹层板对流换热性能评价及优化

为考察主动冷却式一体化热防护结构用V型皱褶芯材夹层结构的性能,文章采用Fluent软件模拟受恒定热流载荷皱褶芯材夹层板在强制对流条件下的传热过程,分析其换热特性和流道内流体流动规律;并在分析皱褶芯材夹层板中正三角和倒三角2种流道换热性能差异的基础上,提出相邻流道流向相反的改进方案。该方案可提高冷却剂的利用率,使结构温度分布更加均匀。相比于具有相同几何参数的波纹芯材夹层板,皱褶芯材夹层板具有更好的换热性能,但同时以更大的当量密度和进出口压降损失为代价。比较几种常用的热效率指标,并定义了一种同时考虑换热性能、泵功率和结构质量的热效率指标,再分别以不同的热效率指标为目标函数,对皱褶芯材的几何参数L、W和S进行初步优化设计。     

耐热合金蜂窝等效热导率的实验研究

耐热合金蜂窝夹芯结构是高超音速飞行器热防护系统外面板的理想候选方案.针对Hastelloy X耐热合金蜂窝夹芯结构开展了稳态传热实验,通过控制加热板温度,获得了一组热平衡时蜂窝夹芯结构的热、冷面温度,结合Stefan-Boltzmann定律和大空间自然对流实验关联式,采用热阻分析方法得到了Hastelloy X耐热合金...     

蜂窝夹层结构承力筒在FY-3卫星上的应用

为进一步提高卫星的性能，将蜂窝夹层结构用于“风云三号”(FY-3)卫星推进舱和服务舱的承力筒。对蜂窝夹层结构承力筒进行了设计、生产和试验，并对承力筒的结构参数进行了优化分析。计算和试验结果表明，卫星采用蜂窝夹层结构承力筒，能满足设计要求，对结构减重具有重要意义。     

不完整结构系统刚度可靠性分析

基于结构强度可靠性分析的基础之上，提出了不完整结构(结构系统中有部分元件已失效，但结构未变成机构仍具有一定的承载能力)刚度可靠性的分析方法。该方法考虑了元件因强度失效对结构系统刚度可靠性的影响，以条件概率的形式给出了不完整结构因刚度失效所对应的模式失效概率。并且导出了条件概率所对应的等效安全余量的形式，进而计算在各失效历程中的各失效模式之间的相关性和刚度失效概率。算例表明这样分析符合结构在变成机构之前在使用各阶段刚度可靠性的真实情况，为结构的合理利用起指导作用。     

基于有限元分析的综合支架结构设计与优选

本文在分析海洋平台防爆加热器橇块综合支架结构特点的基础上,通过有限元法对综合支架进行强度能力分析,找到该支架结构设计上存在的问题并作了相应的改进设计,使得综合支架的结构在满足强度和刚度的同时减轻了整体的重量,在材料的利用上趋于优化的设计;通过对综合支架的有限元模型施加不同的惯性力,得出不同载荷下综合支架应力变化规律,从而确定出综合支架所能承受的最大惯性力。     

基于有限元分析的综合支架结构设计与优选

本文在分析海洋平台防爆加热器橇块综合支架结构特点的基础上,通过有限元法对综合支架进行强度能力分析,找到该支架结构设计上存在的问题并作了相应的改进设计,使得综合支架的结构在满足强度和刚度的同时减轻了整体的重量,在材料的利用上趋于优化的设计;通过对综合支架的有限元模型施加不同的惯性力.得出不同载荷下综合支架应力变化规律,从而确定出综合支架所能承受的最大惯性力.     

空间多载荷高精度拼接支撑结构的优化设计

针对遥感卫星在多载荷高精度拼接扩大幅宽时需保证成像质量的要求,考虑多载荷之间的耦合,对支撑结构进行空间布局优化以及结构/热控一体化设计.应用改进的Heaviside密度滤波拓扑优化方法获取最优结构/热控的材料分布形式,结合多目标遗传算法进行详细优化设计,获取支撑结构质量、一阶固有频率和载荷安装面面形精度的Pareto前...     

采用伪速度冲击响应谱评估蜂窝夹层板破坏边界

采用伪速度冲击响应谱(PVSRS)对航天器蜂窝夹层结构进行了冲击破坏边界评估。目前航天领域常用的冲击响应谱(SRS)是绝对加速度谱(AASRS),相较于绝对加速度谱,伪速度谱能更清楚地显示出结构在低频、中频和高频段不同的冲击响应特征。分析了弹性力和惯性力在低频、中频和高频段对结构安全性的影响,据此在对数四坐标伪速度谱上给出了相应的结构破坏边界。以一典型蜂窝夹层结构为研究对象,通过有限元分析计算得到的结构破坏边界与伪速度谱给出的结构破坏边界符合得较好。在航天器结构冲击安全性研究领域,本文采用的伪速度谱结构冲击破坏边界是对目前常用的加速度谱方法的一个有益补充。