一体化热防护材料的防隔热重复使用性能实验研究
发布时间：2020-12-13 18:34
一体化热防护材料是集高效隔热、维形、轻质和可重复使用等综合性能于一体的新型热防护材料,也是现阶段热防护系统中最具发展潜力的隔热材料,但该材料整体结构较为复杂,目前对其宏微观结构演化及寿命预测等方面的研究也较少。本文针对一体化材料的内外两层结构即陶瓷隔热瓦和抗烧蚀ZrB2-MoSi2材料分别开展重复性热载试验,探究材料的隔热性能变化情况,重点分析在不同热载次数作用下内外两单层结构材料的宏/微观结构演化规律,揭示演化机理,确定隔热性能评估变量并构建寿命预测模型,实现对一体化热防护材料的防隔热重复使用性能的寿命预测。首先,针对一体化热防护材料的内外两单层结构材料即陶瓷隔热瓦和抗烧蚀ZrB2-MoSi2材料,分别研究在重复热加载作用下的隔热能力,提出隔热性能表征参数,确定宏观表征方法;利用数值模拟的方法为内层材料陶瓷隔热瓦确定合理的测温方案;又根据外层材料即抗烧蚀ZrB2-MoSi2材料的形状、力学性能及热物性设计合理的高温夹具;针对两单层结构材料不同的服役环境设...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型可重复使用飞行器外形及典型热防护区域区别于传统的防热一隔热分开的设计方式，防隔热一体化材料创新性地提
图 1-2 碳纳米管阵列-碳纤维/碳化硅复合材料结构示意图目前，国外研究工作者正以碳/碳化硅为基础进行材料结构改性，致力出 2000℃以上的防热结构一体化材料。Bertrand 等人[5]提出等温化学气相法（I－CVI）并成功制备出具有微米和纳米级多层界面的 C/SiC 复合材料 1-2。Boitier 等人[13-14]也对 2.5D C/SiC 复合材料进行了拉伸蠕变性能测试究。中科院、西北工业大学等单位研制的 C/SiC 陶瓷复合材料可在 1650氧化环境中长时间工作，并且通过了大量模拟环境及热试车的考核。国内
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文复合材料的研制方面，我国与国外仍存在较大差距。主要因素除了碳纤维品种较少、无法批量供应以及质量和性能不稳定的原因外，还具有相关技术研究滞后、产品的研制周期较长、抗高温氧化的涂层材料在制造及性能上存在较大差距以及高温结构稳定性差等问题。1.2.1.2 刚性陶瓷热防护材料航天飞机因首次采用重复使用热防护材料并飞行成功，成为了世界上第一个实现部分可重复使用的航天飞行器。从此国内外学者展开了大量的重复使用防热材料的研究工作，至今已有半个多世纪的历史。陶瓷隔热瓦是一类广泛应用于飞行器中的热防护材料，如图 1-3 所示，一直深受学者们的关注，并被视为航天飞机取得的又一重大成就。它通过表面的高辐射性和内部的低导热实现自身的热防护性能。由于密度低、防热效率高，被广泛用于航天飞机迎风面、机身副翼和体襟翼下表面温度低于 1200℃的大面积区域。
【参考文献】：
期刊论文
[1]空天飞行器用热防护陶瓷材料[J]. 陈玉峰,洪长青,胡成龙,胡平,李伶,刘家臣,刘玲,龙东辉,邱海鹏,汤素芳,张幸红,周长灵,周延春,朱时珍. 现代技术陶瓷. 2017(05)
[2]临近空间高超声速飞行器地面热防护试验技术[J]. 秦强,蒋军亮,成竹,贾二院,郝庆瑞. 飞机设计. 2016(06)
[3]1700℃有氧环境下高超声速飞行器轻质防热材料隔热性能试验研究[J]. 吴大方,商兰,蒲颖,王怀涛,高镇同. 航天器环境工程. 2016(01)
[4]Thermal protection mechanism of heat pipe in leading edge under hypersonic conditions[J]. Peng Wengen,He Yurong,Wang Xinzhi,Zhu Jiaqi,Han Jiecai. Chinese Journal of Aeronautics. 2015(01)
[5]深空探测用热防护材料的现状及发展方向[J]. 王筠,杨云华,冯志海. 宇航材料工艺. 2013(05)
[6]X-37B空天飞行器轻质非烧蚀热防护新技术[J]. 鲁芹,姜贵庆,罗晓光,胡龙飞. 现代防御技术. 2012(01)
[7]防热复合材料发展与展望[J]. 李仲平. 复合材料学报. 2011(02)
[8]刚性隔热材料的力学性能[J]. 孙陈诚,胡子君,鲁胜,张宏波,陈海坤. 宇航材料工艺. 2010(02)
[9]陶瓷隔热瓦力学性能影响因素及其稳定性控制[J]. 王钦,胡子君,孙陈诚,鲁胜,李俊宁. 宇航材料工艺. 2010(02)
[10]SiO2气凝胶复合短切莫来石纤维多孔骨架复合材料的制备及性能[J]. 王衍飞,张长瑞,冯坚,姜勇刚. 国防科技大学学报. 2008(06)
博士论文
[1]纤维隔热材料微观结构与热性质演化及热可靠性评估研究[D]. 赵淑媛.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]天地往返可重复使用运载器技术发展研究[D]. 周晶.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：2914988
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型可重复使用飞行器外形及典型热防护区域区别于传统的防热一隔热分开的设计方式，防隔热一体化材料创新性地提
图 1-2 碳纳米管阵列-碳纤维/碳化硅复合材料结构示意图目前，国外研究工作者正以碳/碳化硅为基础进行材料结构改性，致力出 2000℃以上的防热结构一体化材料。Bertrand 等人[5]提出等温化学气相法（I－CVI）并成功制备出具有微米和纳米级多层界面的 C/SiC 复合材料 1-2。Boitier 等人[13-14]也对 2.5D C/SiC 复合材料进行了拉伸蠕变性能测试究。中科院、西北工业大学等单位研制的 C/SiC 陶瓷复合材料可在 1650氧化环境中长时间工作，并且通过了大量模拟环境及热试车的考核。国内
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文复合材料的研制方面，我国与国外仍存在较大差距。主要因素除了碳纤维品种较少、无法批量供应以及质量和性能不稳定的原因外，还具有相关技术研究滞后、产品的研制周期较长、抗高温氧化的涂层材料在制造及性能上存在较大差距以及高温结构稳定性差等问题。1.2.1.2 刚性陶瓷热防护材料航天飞机因首次采用重复使用热防护材料并飞行成功，成为了世界上第一个实现部分可重复使用的航天飞行器。从此国内外学者展开了大量的重复使用防热材料的研究工作，至今已有半个多世纪的历史。陶瓷隔热瓦是一类广泛应用于飞行器中的热防护材料，如图 1-3 所示，一直深受学者们的关注，并被视为航天飞机取得的又一重大成就。它通过表面的高辐射性和内部的低导热实现自身的热防护性能。由于密度低、防热效率高，被广泛用于航天飞机迎风面、机身副翼和体襟翼下表面温度低于 1200℃的大面积区域。
【参考文献】：
期刊论文
[1]空天飞行器用热防护陶瓷材料[J]. 陈玉峰,洪长青,胡成龙,胡平,李伶,刘家臣,刘玲,龙东辉,邱海鹏,汤素芳,张幸红,周长灵,周延春,朱时珍. 现代技术陶瓷. 2017(05)
[2]临近空间高超声速飞行器地面热防护试验技术[J]. 秦强,蒋军亮,成竹,贾二院,郝庆瑞. 飞机设计. 2016(06)
[3]1700℃有氧环境下高超声速飞行器轻质防热材料隔热性能试验研究[J]. 吴大方,商兰,蒲颖,王怀涛,高镇同. 航天器环境工程. 2016(01)
[4]Thermal protection mechanism of heat pipe in leading edge under hypersonic conditions[J]. Peng Wengen,He Yurong,Wang Xinzhi,Zhu Jiaqi,Han Jiecai. Chinese Journal of Aeronautics. 2015(01)
[5]深空探测用热防护材料的现状及发展方向[J]. 王筠,杨云华,冯志海. 宇航材料工艺. 2013(05)
[6]X-37B空天飞行器轻质非烧蚀热防护新技术[J]. 鲁芹,姜贵庆,罗晓光,胡龙飞. 现代防御技术. 2012(01)
[7]防热复合材料发展与展望[J]. 李仲平. 复合材料学报. 2011(02)
[8]刚性隔热材料的力学性能[J]. 孙陈诚,胡子君,鲁胜,张宏波,陈海坤. 宇航材料工艺. 2010(02)
[9]陶瓷隔热瓦力学性能影响因素及其稳定性控制[J]. 王钦,胡子君,孙陈诚,鲁胜,李俊宁. 宇航材料工艺. 2010(02)
[10]SiO2气凝胶复合短切莫来石纤维多孔骨架复合材料的制备及性能[J]. 王衍飞,张长瑞,冯坚,姜勇刚. 国防科技大学学报. 2008(06)
博士论文
[1]纤维隔热材料微观结构与热性质演化及热可靠性评估研究[D]. 赵淑媛.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]天地往返可重复使用运载器技术发展研究[D]. 周晶.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：2914988
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