飞行器用热防护材料发展趋势

综述了飞行器热防护材料的发展历史,重点介绍了典型非烧蚀热防护材料体系,并根据新型飞行器对于热防护材料的需求,对未来热防护材料发展趋势进行了分析。     

高速飞行器热防护技术概述

热防护系统是保护高速飞行器不受气动加热影响的主要手段，是高速飞行器不可或缺的重要组成部分。概括介绍了高速飞行器热防护系统的类型，主要包括五种类型的热防护结构和五种类型的热防护材料。对作用于高速飞行器热防护系统的多种因素进行了分析，阐明了高速飞行器热防护技术的发展方向。     

高超音速飞行器及其发展趋势分析

近半个世纪以来,航空航天界中没有哪一项技术像高超音速技术那样,耗掉了几辈人的心血,却至今没有得到最终的成果.50年代末,美国X-15高超音速验证机的首次高超音速飞行试验,曾鼓舞人们采用吸气式发动机去利用空气中的氧;60年代,又开展了超音速燃烧冲压发动机等一批关键技术的研究,但美国的航天飞机却仍然在使用火箭发动机.1986年美国的国家空天飞机     

高超声速飞行器热防护技术研究进展和趋势分析

热防护技术是决定高超声速飞行器设计成败的关键要素。高超声速飞行器不同部位将承受不同的力、热载荷,需选择不同的热防护方案。以HTV-2、X-37B和NASA的亚轨道运输飞行器为例,系统介绍三类典型高超声速飞行器采用的热防护方案,并揭示了热防护技术的最新进展。未来,材料工艺技术的发展和创新型热防护方案的研发,将进一步提升热防护系统的技术成熟度和适用范围,为各类高超声速飞行器的设计研制提供重要的能力保障。     

高超音速飞行器发展中的关键技术

本刊第三期介绍的各种高超音速飞行器发展计划,需要攻克一系列关键技术才能到达成功的彼岸。主要的关键技术有材料与结构、推进技术和空气动力学。通过前一阶段各种高超音速研究计划的实施,在这些关键技术领域,都取得了很大进展,特别是材料领域,进展最大,已接近单级入轨的要求。这也为美国研制单级入轨火箭作好了技术准备。 材料与结构 特别是轻的结构和具有防、抗热能力的结构与材料是发展未来高超音速飞行器的关键要求。一方面,很轻的结构要求材料具有高的对质量的比特性;另一方面,大的结构件必须能在-250-1800℃的温度范围内正常工作。重复使用的高超音速飞行器要求结构更轻、更坚固。在结构优化设计的基础上,结构材料的选用变得更为关键。例如:先进     

未来战争中的高超音速飞行器

事物的发展,常常是按“否定之否定”的法则演进的。60年代,一些国家曾研制了速度达到M3一级的高速作战飞机。尔后,又觉得这类高速作战飞机的实用效果并不好,因而第三代战斗机的最大速度一般不超过M2.5。60年代初,美国曾研制了一种巡航速度高达M3的高超音速轰炸机XB─70。原准备用来取代B—52战略轰炸机。但1960年,美国的U—2高空侦察机被原苏联防空部队击落后,使人对XB─70这样一种雷达反射截面非常大的飞机,能否有效地突破苏联的防空系统,产生了怀疑。另外,60年代初,战略弹道导弹的问世,更使人们提出这样的问题：在‘胺电…     

高超音速飞行器试飞测试仪器

美国正处于高超音速研究机的概念定义／设计阶段。一个国家级的小组正在设计“国家航空航天飞机”－也就是人们称为Ｘ－３０的一种高超音速研究飞行器。由于预计需要从比先前飞机所处的环境更加严酷的环境中获取大量的高精度数据,所以实现飞行试验的技术将变得更复杂、更困难,为了向系统设计人员和试验人员提供安全进行包线扩展和高超音速试飞研究所需要的实时和飞行后数据,将需要新的传感器、检测技术和机载处理及数据压缩设备。     

高超声速飞行器结构热防护技术现状综述

随着航空航天技术的飞速发展,高超声速飞行器的研制日益受到各国的重视,飞行器以高超声速飞行时带来的热防护问题成为结构设计中的关键制约因素和主要技术瓶颈。本文简要介绍了高超声速飞行器的现有热防护基本形式;针对其不同部位的受热环境,重点分析了热防护形式及热防护材料的选择方法;并对未来高超声速飞行器热防护技术的发展趋势进行了展望。     

航天飞行器热防护涂层研究进展

近年来,新研航天飞行器气动热环境往往具有高焓、高热流密度和长时间加热等特点,这促使防热材料的研制朝着低密度、高抗烧蚀、优良隔热等性能的方向发展。受自身材料类型的限制,无论烧蚀型(树脂基)或非烧蚀型(陶瓷基)防热材料都可以通过对烧蚀表面进行涂层处理的手段达到弥补材料性能短板,提高使用性能的目的。本文试图梳理、总结国内外近年来热防护系统用涂层材料的发展状况,探讨各自的优势和缺点,并提出了针对树脂基复合材料热防护涂层可能趋势的推测。     

高超声速飞行器控制面热防护技术跟踪研究

简要介绍了高超声速飞行器控制面的气动热环境特点,在此基础上,从热管理的角度对各种类型的热防护方案分别进行分析,论证了高超声速飞行器控制面采用热结构方案的合理性;并对高超声速飞行器控制面热结构方案的特点和进展、改进热结构的途径进行了综述和分析。     

高超声速飞行器热防护与热管理综合分析方法

高超声速飞行器面临严苛的气动热载荷,不仅给机体结构的设计带来了困难,也为舱室的综合防热设计提出了挑战,高超声速飞行器的热防护设计与舱室热管理系统的设计高度耦合,需要采取一体化的手段进行分析和设计。从高超声速飞行器内-外热耦合的传热过程出发,建立了耦合分析舱室综合防热问题的数学模型。并结合设定的舱室和飞行任务曲线进行了仿真优化计算。结果表明,采用热防护和热管理耦合的分析方法,有助于综合选取最优的隔热层厚度和液氮冷却控制策略,使舱室热问题的综合代偿达到最优。该方法能够用于快速开展舱室热问题的综合参数优化,可以满足概念方案设计阶段开展热防护和热管理综合分析的需要。     

高超音速飞行器前体优化设计方法研究

基于响应面法对高超音速飞行器前体进行气动优化设计,流场求解采用欧拉方程,并结合非结构动网格技术,便于适应复杂外形而且在每次外形改变后不必重新生成网格,有利于保证计算效率,响应面模型采用二次多项式来构造,数值结果表明由本文设计的前体/进气道布局结构简单,能获得更高的压缩率和总压恢复系数,以及更高的升阻比,该方法在多约束多目标条件下进行气动优化设计,设计质量较高,有一定的工程应用价值.     

再入飞行器烧蚀热防护一体化计算方法

针对再入飞行器烧蚀热防护系统烧蚀与瞬态温度耦合响应预测问题,提出了一体化计算方法,为再入飞行器烧蚀热防护设计提供包括气动热、烧蚀后退、瞬态温度响应在内的动态响应预测依据。该方法采用Sutton-Graves和Tauber-Sutton理论计算驻点的对流热流和辐射热流,通过表面能量平衡整合具有较高精度的烧蚀模型,并通过Landau变换简化烧蚀后退带来的节点删除过程并保证空间离散精度,最后求解瞬态有限差分热传导方程获得烧蚀热防护系统的热环境、烧蚀过程和温度响应。通过对比计算碳-碳材料钝头体地球再入过程和酚醛浸渍基碳烧蚀体（PICA）材料电弧风洞烧蚀模拟,对该方法对于不同材料体系的适用性进行了验证。计算结果表明：对于密度较高的碳-碳材料,本文计算结果与经典的热平衡积分法吻合较好,偏差在7%以内;而对于低密度材料（如烧蚀性能对压力高度敏感的PICA材料）,随着热流和压力的增大,预测偏差逐渐增大。所提出的方法实现了气动热、烧蚀、瞬态温度响应耦合过程的一体化计算,在保证精度的前提下实现快速计算分析,为再入飞行器烧蚀热防护设计提供依据。     

高超声速飞行器热结构设计分析技术研究

综述了国内外高超声速飞行器结构热设计分析技术的进展,探讨了计算气动热力学应用于高超声速飞行器结构设计的能力与局限性的现状,提出并讨论了高超声速飞行器热结构设计分析的关键技术及其发展趋势:(1)高超声速飞行器瞬态表面温度和气动加热率计算技术;(2)流-热-固多物理场耦合机理模型技术;(3)流-热-固多场耦合计算分析技术;(4)高超声速飞行器热防护结构设计技术。     

高超音速飞行器前缘驻点气动加热的计算

介绍了以高超音速(马赫数不小于6．0)在地球大气层中飞行的飞行器外表面的附面层与飞行器壁面间热交换的物理特性及高超音速附面层的数学模型，给出了该飞行条件下轴对称形式的飞行器前缘驻点空气动力加热的计算方法。     

可重复使用热防护材料研究进展

具有轻量化、耐高温、高抗损伤、重复使用、易于维护等性能的热防护材料是空天往返飞行器的关键材料,影响飞行器的先进性、可靠性、维护性和经济性。本文针对可重复使用飞行器机身大面积、头锥、翼前缘以及控制面等部位所需的热防护材料,综述了刚性隔热瓦、柔性隔热毡、抗氧化C/C、C/SiC、TUFROC等可重复使用热防护材料的发展历史、研究现状及在飞行器上的应用情况。总结了高温服役过程中典型热防护材料的损伤及性能衰减行为,并提出以材料损伤为基础,研究材料的可重复使用性能及寿命预测方法。最后,提出研制高性能可重复使用热防护材料、发展热防护材料可重复使用理论方法与标准、建立可重复使用热防护材料数据库是该领域今后需要重点关注的方向。     

高超声速飞行器发动机热防护与发电一体化系统

在对高超声速飞行器的热防护和机载设备电能需求的综合考虑下,立足发动机能量管理优化,结合CO2的物性特点,提出了以超临界CO2为循环工质的高效热防护与高温发电一体化系统.此一体化方案可以在实现发动机热防护的同时,提供电能、并减少冷却用燃油流量.基于燃油为该一体化系统的唯一热沉,通过理论分析和计算,提出了两个一体化系统,通...     

乘波飞机——理想的高超音速飞行器外形

乘波飞机是一种特殊类型的M数大于4的高超音速飞行器,气流流过这种飞行器后会产生一个从飞行器前缘开始的、位于升力面下方的激波面,而在激波面后面的高压区与升力面上表面的低压区不会产生像常规机翼那种不可避免的上下表面压力互相沟通的流动,因而这种飞行器产生的升力或升阻比要比常规飞机高得多.正是由于这个特点,许多国家从80年代末期开始投入相当大的精力给以高度的重视,这项     

飞行器热防护与利用一体化系统实验与模拟

通过设计一种基于主动冷却的点阵桁架结构,在降低飞行器质量的同时,实现有效的热防护效果,并在该结构中加入半导体温差发电装置,将产生的气动热转化为电能,可用于飞行器小型用电设备供电.对该热防护与利用一体化系统进行了实验研究.在不同工况下,温差发电功率远大于主动冷却系统的泵功消耗,可实现主动冷却系统的自驱动.通过添加管内表面...