高超声速气动热预测及热防护材料/结构响应研究
发布时间：2021-11-04 06:57
高超声速飞行器具有极其重要的军事战略意义和广泛的民用前景,是航空航天事业发展的一个重要方向。高超声速飞行器在服役过程中所处气动环境恶劣、影响因素复杂,外部流场气动热环境与热防护材料/结构之间存在强烈的耦合作用,准确地预测高超声速气动热环境以及材料/结构的响应是热防护系统设计的前提与基础。飞行器在服役过程中,外部气体由于激波的作用,将会使气体大部分的动能变为热能,从而导致外部流场高温气体效应,对飞行器表面产生严重的气动加热。一方面气动热力环境将会使材料发生烧蚀,导致结构产生变形,另外热防护材料的烧蚀以及结构变形在很大程度上也会影响外部流场,进而影响气动热环境,这样对飞行器热防护系统的使用将产生严重的影响,对热防护材料/结构提出了极大的挑战,成为发展高超声速飞行器所面临的难题之一。本文从高超声速气动热环境预测、热防护材料/结构与热环境的耦合效应出发,主要开展了高超声速气动热影响因素、缝隙结构流场及其局部热环境、热防护材料/结构在气动热环境下的响应预测等问题的研究,具体包括以下几个方面的内容。（1）对飞行器典型结构在服役环境下的气动热进行研究。分析高温化学非平衡效应、壁面催化效应以及飞行高度...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：164 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
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【参考文献】：
期刊论文
[1]高超声速热化学非平衡对气动热环境影响[J]. 杨建龙,刘猛,阿嵘. 北京航空航天大学学报. 2017(10)
[2]2016年国外高超声速打击武器发展综述[J]. 关成启,宁国栋,王轶鹏,胡冬冬,陈敬一. 飞航导弹. 2017(03)
[3]“近空间飞行器的关键基础科学问题”重大研究计划结题综述[J]. 杜善义,方岱宁,孟松鹤,谢惠民,詹世革,张攀峰,孟庆国. 中国科学基金. 2017(02)
[4]Design,Preparation and Properties of Carbon Fiber Reinforced Ultra-High Temperature Ceramic Composites for Aerospace Applications:A Review[J]. Sufang Tang,Chenglong Hu. Journal of Materials Science & Technology. 2017(02)
[5]“近空间飞行器的关键基础科学问题”重大研究计划结束[J]. 詹世革,张攀峰. 中国科学基金. 2017(01)
[6]国外高超声速飞行器及技术发展综述[J]. 张绍芳,叶蕾. 中国航天. 2016(12)
[7]高超声速飞行器热环境与结构传热的多场耦合数值研究[J]. 周印佳,孟松鹤,解维华,杨强. 航空学报. 2016(09)
[8]来流参数对防热瓦横缝旋涡结构及热环境的影响[J]. 邱波,国义军,张昊元,曾磊,石友安,桂业伟. 航空学报. 2016(03)
[9]高超声速空气动力学研究进展与趋势[J]. 叶友达. 科学通报. 2015(12)
[10]湍流条件下防热瓦缝隙热环境特性实验研究[J]. 龚红明,陈景秋,李理,田润雨. 实验流体力学. 2015(02)
博士论文
[1]高超声速流动—传热与材料响应耦合方法及耦合行为研究[D]. 周印佳.哈尔滨工业大学 2016
[2]高超声速飞行器多物理场耦合问题建模与分析研究[D]. 张胜涛.上海交通大学 2016
[3]3D C/SiC在复杂耦合环境中的损伤机理与寿命预测[D]. 栾新刚.西北工业大学 2007
硕士论文
[1]高超声速热流固多物理场计算研究[D]. 苏雪.浙江大学 2016
[2]高超声速飞行器流热固多物理场耦合计算研究[D]. 黄杰.哈尔滨工业大学 2013
[3]高超声速飞行器气动热和表面瞬态温度计算研究[D]. 蒋友娣.上海交通大学 2008
[4]高超声速气动热工程算法研究[D]. 吕丽丽.西北工业大学 2005
本文编号：3475231
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：164 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－?１典型高超声速飞行??
２５－??？复￣４３??２０?？?＿?＾?：??Ｈ?＊?：冗??１０－?ＳＸ?一腦??■■■Ｍ！?．ｍ?％?＊?ｍｎｉｘ??？?？?？?？?，?ＩＩ??５．?ｉｍｔａ＞?？?？？?々楸麵狄??＇１Ｍ?Ｋ?ｍ＾ｕｍ??９Ｈ??０?，??１?＇?Ｔ???Ｊ?Ｉ．?．?Ｉ?丨川，「．?．．．「？ｒｉｊ?，丨．一一．．．．ｒ?Ｖ＇＇．．…《?．．．?ｉ??１０９５?２０００?２００５?２０１０?２０１５?２０２０??Ｙｗ??图１－２世界主璺国家开展的离超声速飞行ｆｉｌ计划??对高超声速飞行器技术的研宄包括高超声速空气动力学、气动热及热防??护、推进技术以及飞行控制等多个领域，现阶段都己取得了一定的突破，但??仍然有一些问题有待解决［９＊ＩＧ］。其中气动热及热防护是高超声速飞行器发展??过程中无法避免的一个问题，即“热障”问题。当飞行器以高超声速进行服??役时，飞行器前端的气体将会受到激波作用，使得气体的动能转化为热能，??进而使得气体的温度变高，高温气体向壁面传热产生气动加热问题，同时，??来流气体随着温度的升高，将会使得气体的振动能激发，气体分子发生离解??以及原子产生电离等，即高温气体效应［ｌｗ２ｋ??严峻的气动热环境将会导致飞行器的热防护系统承受极大的热力载荷，??可能使得结构产生变形以及热防护材料发生烧蚀等，从而会导致飞行器的热??防护系统性能减弱甚至失效等严重的后果，热防护系统的变形以及烧蚀反过??来又将影响到飞行器外部流场，从而改变了外部流场的气动热环境。这样就??形成了外部流场气动热、热防护系统结构传热以及结构变形的多物理场耦合??问题，图１－
?北京科技大学博士学位论文???体效应。??骞溫效应??（ｆｆ＇?＇，振动激发??－?高空低密度效应??上＾）祕＞、??黏性相互作甿、、＾?ｊ??图２－１典型高超声速流场丨１９１??２．１．２高超声速技术的发展??美国己开展了较多的高超声速技术方面的研宄，在当今世界属于领先国??家之一。上世纪５０年代左右，美国就着手开展高超声速技术有关的基础研??宄。１９６４年，美国航空航天局启动了名为高超声速研宄工程的项目，该项目??的主要目标是对采用主动冷却的超燃冲压发动机的飞行器进行试验验证，之??后又开展了一系列的试验研宄，主要是研宄有关高超声速飞行器发动机的相??关问题。２０世纪８０年代，美国又提出了国家空天飞机计划，该计划的目的??是为了研制单级入轨飞行器，虽然项目没有达到预定计划，但项目的实施极??大的促进了超燃冲压发动机的发展。进入２１世纪以来，美国空军为了响应??“快速全球打击的战略”，又先后制定了?ＡＲＲＭＤ和ＨｙＦｌｙ等多项计划。近??年来，美国通过Ｘ＿５１Ａ、ＨＴＶ－２、ＡＨＷ等项目对超燃冲压发动机、热防护、??气动等重大关键技术进行了飞行试验验证，其中部分关键技术己发展到技术??成熟度５＋水平，美国的发展目标是２０３０年前后装备部队ｍｉ。??美国Ｘ系列飞行器见证了美国高超声速飞行器发展的过程，Ｘ系列飞行??器的不断发展推动了美国在高超声速领域的技术革新。图２－２为从上世纪中??叶以来，美国Ｘ系列飞行器的发展历程１２２］。??－５?？??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高超声速热化学非平衡对气动热环境影响[J]. 杨建龙,刘猛,阿嵘. 北京航空航天大学学报. 2017(10)
[2]2016年国外高超声速打击武器发展综述[J]. 关成启,宁国栋,王轶鹏,胡冬冬,陈敬一. 飞航导弹. 2017(03)
[3]“近空间飞行器的关键基础科学问题”重大研究计划结题综述[J]. 杜善义,方岱宁,孟松鹤,谢惠民,詹世革,张攀峰,孟庆国. 中国科学基金. 2017(02)
[4]Design,Preparation and Properties of Carbon Fiber Reinforced Ultra-High Temperature Ceramic Composites for Aerospace Applications:A Review[J]. Sufang Tang,Chenglong Hu. Journal of Materials Science & Technology. 2017(02)
[5]“近空间飞行器的关键基础科学问题”重大研究计划结束[J]. 詹世革,张攀峰. 中国科学基金. 2017(01)
[6]国外高超声速飞行器及技术发展综述[J]. 张绍芳,叶蕾. 中国航天. 2016(12)
[7]高超声速飞行器热环境与结构传热的多场耦合数值研究[J]. 周印佳,孟松鹤,解维华,杨强. 航空学报. 2016(09)
[8]来流参数对防热瓦横缝旋涡结构及热环境的影响[J]. 邱波,国义军,张昊元,曾磊,石友安,桂业伟. 航空学报. 2016(03)
[9]高超声速空气动力学研究进展与趋势[J]. 叶友达. 科学通报. 2015(12)
[10]湍流条件下防热瓦缝隙热环境特性实验研究[J]. 龚红明,陈景秋,李理,田润雨. 实验流体力学. 2015(02)
博士论文
[1]高超声速流动—传热与材料响应耦合方法及耦合行为研究[D]. 周印佳.哈尔滨工业大学 2016
[2]高超声速飞行器多物理场耦合问题建模与分析研究[D]. 张胜涛.上海交通大学 2016
[3]3D C/SiC在复杂耦合环境中的损伤机理与寿命预测[D]. 栾新刚.西北工业大学 2007
硕士论文
[1]高超声速热流固多物理场计算研究[D]. 苏雪.浙江大学 2016
[2]高超声速飞行器流热固多物理场耦合计算研究[D]. 黄杰.哈尔滨工业大学 2013
[3]高超声速飞行器气动热和表面瞬态温度计算研究[D]. 蒋友娣.上海交通大学 2008
[4]高超声速气动热工程算法研究[D]. 吕丽丽.西北工业大学 2005
本文编号：3475231
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