高超声速飞行器热防护系统设计方法

发布时间：2017-02-14 16:57

本文关键词：高超声速飞行器热防护系统设计方法，由笔耕文化传播整理发布。

《哈尔滨工业大学》 2014年

高超声速飞行器热防护系统设计方法

张志刚

【摘要】：目前各类高超声速飞行器发展如火如荼，热防护系统设计成为高超声速飞行器设计中的关键制约因素和主要技术瓶颈。本文结合国内外的研究现状，依托中国空气动力研究与发展中心超高速所的激波风洞、电弧风洞等试验设备，利用气动热数值模拟软件AHENS、气动热工程计算软件AHEAPS，给出了典型高超声速飞行器的热环境预测、典型热防护材料制备与评价、热防护方案设计与校核等研究方法。首先，通过在激波风洞上开展测热试验，获得了飞行器的热环境分布特征和典型位置的热流分布，为数值软件和工程软件的校核提供了数据支持。然后利用数值软件AHENS，采用有限体积方法求解三维NS方程，获得了飞行器在风洞试验条件和飞行条件下的热环境。利用工程软件AHEAPS，基于部组件拆分的思想，采用无粘表面流线法和片条法计算了飞行器表面的气动热环境。通过与试验结果的比较，验证了数值计算软件和工程计算软件的可靠性，并综合试验数据和数值计算数据，对典型复杂外形飞行器沿飞行历程进行了气动热计算分析。然后，介绍了高超声速飞行器常用的热防护材料及其制备方法，针对典型的热防护材料，概括了常用的热防护材料评价方法，并简要介绍了飞行器的分区设计思想。最后，根据飞行器不同位置的热环境特征，开展了热防护方案设计，，形成了典型位置的热防护方案。在电弧风洞上对热防护方案进行了校核，通过校核验证了热防护方案的有效性。本文从设计方法研究的角度出发，采用的设计方法具有一定的通用性，涵盖了高超声速飞行器热防护初步设计的各个环节，可以推广应用到常规的高超声速飞行器热防护方案设计中。

【关键词】：
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V244.1
【目录】：

下载全文更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库前7条

1 范真祥;程海峰;张长瑞;唐耿平;;热防护材料的研究进展[J];材料导报;2005年01期

2 胡继东;左小彪;冯志海;;航天器热防护材料的发展概述[J];航天返回与遥感;2011年03期

3 杨鸿;陈伟芳;柳森;;电弧湍流平板烧蚀矩形喷管研制及应用[J];实验流体力学;2006年01期

4 欧东斌;陈连忠;陈海群;张友华;;硅基复合材料烧蚀特性试验研究[J];宇航材料工艺;2009年01期

5 陈连忠;程梅莎;洪文虎;;Φ1m电弧风洞大尺度防隔热组件烧蚀热结构试验[J];宇航材料工艺;2009年06期

6 张幸红,韩杰才,董世运,杜善义;梯度功能材料制备技术及其发展趋势[J];宇航材料工艺;1999年02期

7 华小玲;缪长礼;李翔;潘晓行;陈海坤;;低密度双基体烧蚀防热材料[J];宇航材料工艺;2013年02期

中国博士学位论文全文数据库前1条

1 赵丹;耐超高温陶瓷先驱体及其复合材料的制备和性能研究[D];国防科学技术大学;2011年

【共引文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 刘永绩,董素君,王佩广,王浚;高空高速无人飞行器热控制系统设计[J];北京航空航天大学学报;2005年08期

2 周静,曹兴进,张隆平,吴护林,韦云隆;等离子喷涂NiCr合金基复合梯度润滑涂层的组织与力学性能研究[J];表面技术;2002年03期

3 付永信;王建江;杜心康;张龙;叶明惠;;热喷涂技术制备功能梯度材料涂层的发展状况[J];材料保护;2006年06期

4 黎文献,张刚,赖延清,田忠良,秦庆伟;梯度功能材料的研究现状与展望[J];材料导报;2003年S1期

5 王康太;冯坚;姜勇刚;冯军宗;;陶瓷纤维刚性隔热瓦研究进展[J];材料导报;2011年23期

6 陈方明,朱诚意;梯度功能材料的研究现状及发展[J];电镀与涂饰;2000年06期

7 姜志杰;张擘毅;何浩;刘伟强;;高超声速飞行器鼻锥的热环境和结构热分析研究[J];导弹与航天运载技术;2009年04期

8 杨恺;高效伟;;高超声速气动热环境工程算法[J];导弹与航天运载技术;2010年04期

9 苏大亮;郑晓亚;张铎;;飞行器头部热防护系统热分析[J];弹箭与制导学报;2006年S4期

10 沈娟;李舰;;美国高超声速推进技术研究[J];飞航导弹;2010年02期

中国重要会议论文全文数据库前8条

1 张友华;刘德英;陈伟芳;杨汝森;杨国铭;陈海群;;复合材料导热系数测量实验研究[A];复合材料——基础、创新、高效：第十四届全国复合材料学术会议论文集（下）[C];2006年

2 杨炳渊;史哓鸣;梁强;;高超声速有翼导弹多场耦合动力学的研究和进展[A];第十届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2007年

3 史晓鸣;杨炳渊;;气动加热环境下大攻角翼面超音速颤振分析[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年

4 姚学锋;许蔚;;功能梯度材料断裂力学的若干进展[A];损伤、断裂与微纳米力学进展：损伤、断裂与微纳米力学研讨会论文集[C];2009年

5 陆小龙;吴晓宏;;酚醛树脂基烧蚀材料制备及其性能研究[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第八届学术年会论文集（下篇）[C];2011年

6 付佳;易仕和;王小虎;葛勇;朱杨柱;;高超声速钝头体表面超声速气膜冷却的试验研究[A];第十五届全国激波与激波管学术会议论文集（上册）[C];2012年

7 高贺;董永辉;欧东斌;陈连忠;;送进式驻点热流测量方法[A];中国空气动力学会测控技术专委会第六届四次学术交流会论文集[C];2013年

8 李伟杰;武洁;叶正寅;;再入系统的热流分析[A];计算机辅助工程及其理论研讨会2013(CAETS2013)论文集[C];2013年

中国博士学位论文全文数据库前10条

1 徐晓亮;热防护机理与烧蚀钝体绕流的涡方法研究[D];北京交通大学;2011年

2 杨琼梁;超声速飞行器烧蚀与结构热耦合计算及气动伺服弹性分析[D];复旦大学;2011年

3 白天;天线罩用耐高温透波涂料的制备及机理研究[D];天津大学;2010年

4 郑重;基于数值模拟的模具设计与等离子熔积过程研究[D];华中科技大学;2011年

5 温变英;聚合物梯度材料的制备及材料结构与性能研究[D];北京化工大学;2003年

6 李运刚;熔盐电化学法制备Fe-W功能梯度材料的基础研究[D];东北大学;2005年

7 江连会;非均质材料零件沉积成形技术研究[D];大连理工大学;2006年

8 车竞;高超声速飞行器乘波布局优化设计研究[D];西北工业大学;2007年

9 王开;功能梯度复合材料制动盘设计及制备成形工艺、组织与性能研究[D];重庆大学;2008年

10 金韶山;液体火箭发动机推力室及钝体头锥发汗冷却研究[D];清华大学;2008年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 潘育松;徐永东;陈照峰;成来飞;张立同;熊党生;;2DC/SiC复合材料烧蚀性能分析[J];兵器材料科学与工程;2006年01期

2 李金平;韩杰才;李庆芬;孟松鹤;张幸红;;ZrB_2-SiC_w超高温陶瓷材料的研究[J];兵器材料科学与工程;2006年01期

3 郭玉明,颜鸿斌,凌英,孙红卫,付求舟,顾光旃;低密度烧蚀防热透波多功能复合材料的研究[J];玻璃钢/复合材料;2001年05期

4 焦扬声,庄元其;热防护材料的新进展──芳基乙炔共聚物的碳纤维增强材料[J];玻璃钢/复合材料;1997年01期

5 陈继荣,张衍,庄元其;高碳树脂-聚芳基乙炔(PAA)[J];玻璃钢/复合材料;1998年01期

6 闫联生;李贺军;崔红;张晓虎;;超高温抗氧化复合材料研究进展[J];材料导报;2004年12期

7 范真祥;程海峰;张长瑞;唐耿平;;热防护材料的研究进展[J];材料导报;2005年01期

8 石振海;李克智;李贺军;田卓;;航天器热防护材料研究现状与发展趋势[J];材料导报;2007年08期

9 陈炳贻;功能梯度材料最近的研究进展[J];材料工程;1993年07期

10 吴世平;杨飞宇;张幸红;杜善义;;碳短纤维对ZrB_2-SiC基超高温陶瓷力学性能的影响[J];材料工程;2007年05期

中国博士学位论文全文数据库前2条

1 王建方;碳纤维在PIP工艺制备陶瓷基复合材料过程中的损伤机理研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年

2 王其坤;先驱体浸渍裂解工艺制备C_f/UHTC_p/SiC复合材料及其性能研究[D];国防科学技术大学;2008年

【相似文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 熊延龄;;日本研究不载人空天飞机热防护材料[J];国外空间动态;1988年08期

2 韩鸿硕;;航天飞机轨道器结构材料和热防护材料的应用现状(二)[J];材料工艺;1980年05期

3 韩鸿硕;;航天飞机轨道器结构材料和热防护材料的应用现状<三>[J];宇航材料工艺;1980年06期

4 石振海;李克智;李贺军;田卓;;航天器热防护材料研究现状与发展趋势[J];材料导报;2007年08期

5 王重海;刘瑞祥;周长灵;;非烧蚀热防护材料研究现状及发展趋势[J];现代技术陶瓷;2014年02期

6 梁华;陈雄;周长省;张磊;;冲压发动机三元乙丙热防护材料背面温度校正方法研究[J];系统仿真学报;2009年06期

7 胡继东;左小彪;冯志海;;航天器热防护材料的发展概述[J];航天返回与遥感;2011年03期

8 孟松鹤;金华;王国林;杨强;陈红波;;热防护材料表面催化特性研究进展[J];航空学报;2014年02期

9 任怀宇;火箭电气系统电缆网热防护研究[J];宇航学报;2003年04期

10 张志斌;胡良元;林彬;;超燃冲压发动机热防护结构的理论计算[J];航天制造技术;2008年04期

中国重要会议论文全文数据库前10条

1 方岱宁;戴政;;轻质多功能一体化热防护材料的设计[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集（下册）[C];2008年

2 杜善义;;热防护材料及其力学问题[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集（上）[C];2005年

3 陈玉峰;;高速飞行器热防护技术及材料[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

4 胡良全;薛忠民;;超长时热防护材料研究现状与发展[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2009学术交流会论文集[C];2009年

5 马吉周;王凌君;肖永栋;;一种低密度热防护材料研究[A];复合材料：创新与可持续发展(上册)[C];2010年

6 胡良全;杨立平;刘意;;杂化树脂体系在超长时间热防护材料中应用研究[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2011学术交流会论文集[C];2011年

7 马吉周;王凌君;肖永栋;;一种低密度热防护材料研究[A];复合材料：创新与可持续发展(上册)[C];2010年

8 马新安;张莹;;纺织品热防护技术研究进展[A];“力恒杯”第11届功能性纺织品、纳米技术应用及低碳纺织研讨会论文集[C];2011年

9 赵飞明;;低温贮箱轻质热防护材料研究现状[A];第八届全国低温工程大会暨中国航天低温专业信息网2007年度学术交流会论文集[C];2007年

10 王春华;陈阳;史振翔;赵辉;;多层内联仿形织物喷管热防护材料研究[A];中国宇航学会固体火箭推进第22届年会论文集（推进剂分册）[C];2005年

中国重要报纸全文数据库前2条

1 沈阳飞机设计研究所杨旭景绿路苏亚东;[N];中国航空报;2013年

2 王四辈;[N];中国航天报;2005年

中国硕士学位论文全文数据库前2条

1 李勇贵;舱壁热防护结构的热力学分析[D];哈尔滨工程大学;2013年

2 张志刚;高超声速飞行器热防护系统设计方法[D];哈尔滨工业大学;2014年