航天器可重复使用热防护技术研究进展与应用

新一代可重复使用飞行器对热防护系统提出了更高的要求,对于发展高超声速技术而言,可重复使用热防护系统设计至关重要,同时也面临着最困难的技术挑战。文章总结了可重复使用热防护系统可用的新型防热机制,综述了可重复使用航天器所采用的热防护系统的发展状态及典型飞行器应用现状,并阐述了新一代可重复使用热防护技术在设计与分析方法、验证与评价手段以及新型热防护材料等几个方面所面临的挑战。文章有助于更好的理解未来的高超声速飞行器发展中可重复使用热防护技术的发展方向。     

可重复使用航天器金属热防护系统的结构优化进展

根据美国开发的金属热防护系统,分析了用于可重复使用航天器的金属热防护系统的发展和现状,详细介绍了几代金属热防护系统的总体结构、高耐热蒙皮结构、绝热结构的不断演化和设计的优化进展。并且从结构装配方面,阐述了单个金属热防护系统结构、多个金属热防护系统结构以及金属热防护系统与刚性结构的装配设计的优化发展,为工程在结构设计和优化方面提供一定的参考依据。     

运载火箭尾段防热/承载一体化热防护系统设计及性能分析

先进热防护技术是可重复使用运载火箭研制的关键技术之一,具有高结构效率的防热/承载一体化热防护系统是运载火箭极具潜力的备选热防护方案。本文系统地总结了可重复使用运载火箭尾舱段防热和承载两方面的设计要求,设计了一种全复合材料防隔热/承载一体化热防护系统。开展了运载火箭尾段一体化热防护系统设计,进行了代表性单胞结构的高温环境地面试验,揭示了复合材料一体化热防护系统的防隔热机理。同时施加力学和热流载荷,利用有限元方法对运载火箭尾段进行了热力耦合分析,获得了尾段结构的温度场、应变场和应力场。结果表明:在典型载荷工况下一体化热防护系统内壁温度保持在89.2℃以下,内部最大应力不超过9.53 MPa,安全系数达到1.89。     

深空探测器防热承力一体化大底结构研究

传统航天器的承力和热防护结构分别设计,使得结构质量大且材料间因热膨胀系数差异存在相分离风险。文章针对进入舱大底结构提出新型一体化热防护系统(Integrated Thermal Protection Systems,ITPS)设计方案,以C/C-SiC复合材料作为防热层,以梯度隔热材料为隔热层,采用耐高温非金属螺钉机械连接辅以胶接的方式组合各部件。通过对典型大底结构进行力、热仿真模拟,结果表明:结构背壁温度、强度满足使用要求;ITPS设计方案较传统热防护系统设计方案质量减小约34%。ITPS在可重复使用航天器、深空探测等领域具有广阔的应用前景。     

X-37B轨道试验飞行器进场着陆技术研究

2011年航天飞机退役后,世界上唯一能够执行轨道操作的可重复使用运载器便只有美国空军秘密研制的X-37B轨道试验飞行器,而研制X-37B必须率先解决自主进场与着陆技术,美国空军前期执行的X-40A项目和NASA开展的X-37进场着陆飞行器(ALTV)研究为X-37B的轨道飞行试验奠定了技术基础。本文介绍了X-40A和X-37 ALTV开展的相关试验研究,以及取得的成果和经验。     

X-37B迈出艰难的第一步

航天飞机成功飞行后,世界各国一直在推动新一代可重复使用天地往返系统（以下简称＂可重复使用＂）的研究和探索。X-37B一飞冲天,国内外舆论的反响可谓一石激起千层浪。X-37B因其尺寸仅为航天飞机的四分之一,被不少媒体称为小航天飞机,又因其高度机密的军事背景,被更多媒体称为太空无人战机。其实2010年4月22日所发生的一幕,是在技术铺垫和研发积累的＂可重复使用＂的发展背景下,X-37B迈出的轨道试验艰难的第一步,是在战略转型和双管齐下的＂军事化应用＂的发展背景下,X-37B迈出的太空多任务平台雏形的第一步。     

纳米孔材料中辐射热传递的改进——扩散近似法计算

用可燃的烧蚀材料作为主动的承热层,用不可燃的多孔材料作为被动的隔热层,是当今一次性使用航天器最普通的一种热防护形式,然而对可重复使用的航天器来说,这种防热结构显然不适用.但是如果把烧蚀层改为金属薄壁或多层金属热防护系统,在不增加很多质量的情况下,能保证航天器主结构在允许的温度范围,则可能是一种很好的设计.在此情况下,隔...     

NASA探索新的热防护系统设计与制造技术

正2017年4月,据中国国防科技信息网报道,NASA正在研制一项新的航天器热防护系统(TPS)设计与制造工艺,目前已完成一部分试验工作,未来有望在降低用时、成本和损耗的基础上制造尺寸更大的烧蚀材料板材。热防护系统(热防护罩),可确保航天器在进入行星大气时免受气动热的影响,是确保任务成功的关     

充气式再入柔性热防护系统热流及结构研究

建立了充气式再入返回航天器的展开模型,用工程算法对整个再入过程的外热流和温度进行了估算。根据再入过程的外热流和温度条件,参考"充气再入飞行器试验"(Inflatable Reentry Vehicle Experiment,IRVE)典型热防护材料和结构设计,建立了柔性热防护系统结构模型及传热模型,通过ANSYS有限元方法计算出柔性热防护系统各功能层再入过程中的温度响应。文章从功能层材料、功能层铺层顺序和复合功能层三方面,初步分析比较了各种方案的充气式再入柔性热防护系统的防热效果,可为充气式再入返回柔性热防护系统的设计分析提供参考。     

重复使用航天器发展趋势及若干思考

重复使用航天器具有快速、低成本的特性,是自由进出空间的重要技术途径之一。自从２0世纪50年代重复使用航天器的概念被提出以来,历经７０多年,重复使用航天器的研制取得了很大的进步,积累了丰富的经验和教训。基于国内外发展情况,梳理了重复使用航天器的技术路线,深入分析了其发展趋势,从设计、制造、试验、运行维护4个方面探讨了重复使用航天器的特点和难点,并提出了未来重复使用航天器发展的若干思考与建议。