考虑内形光顺的防热瓦式热防护系统设计

发布时间：2023-04-12 04:07

　　随着航空航天技术的诞生与日益发展成熟,可重复使用的运载器因为其优异的性能获得了世界各主要国家与地区的青睐。相较于一般的航天器,可重复使用的运载器在再入大气的过程中会遭遇严重的气动加热问题,为了保障运载器在再入过程中的安全,热防护系统应运而生。热防护系统作为再入式运载器的最重要的子系统之一,需要在概念设阶段就对其加以考虑。本文首先针对热防护系统的自动化设计需求,对各个设计节点的热防护系统从热流数据读取与处理、表面辐射平衡温度的计算、防热层备选材料选择、一维传热模型分析与防热层厚度优化设计以及防热层材料的最终选定与结果输出这一流程中各个环节的具体实施进行了分析,并使用Isight完成了设计流程的集成与自动化实现。随后,为了解决由于热流密度分布差异造成的防热材料变更而导致的热防护系统内形曲线不连续的现象,本文提出了基于最小二乘拟合与Hermit形式的三次参数样条差值法的内形曲线光顺算法,并通过Matlab编程语言完成了算法的实现。最后,本文通过一个二维翼型算例,验证了热防护系统自动化设计流程以及内形曲线光顺算法的有效性。

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
缩略词
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 世界各国/地区新型可重复使用飞行器简介
        1.2.2 热防护系统简介
        1.2.3 TPS系统自动设计方法
        1.2.4 曲线/曲面的光顺算法研究
    1.3 本文的主要工作
第二章 TPS的集成设计系统
    2.1 引言
    2.2 热流数据的工况筛选与映射
    2.3 表面最高辐射平衡温度的计算
    2.4 设计点材料的初选及材料数据库
    2.5 防热层的厚度优化设计
        2.5.1 传热模型的建立
        2.5.2 厚度优化设计方法
    2.6 设计系统集成的软件实现
    2.7 本章小结
第三章 TPS内形曲线光顺算法
    3.1 引言
    3.2 弧长参数化方法
    3.3 最小二乘法拟合
    3.4 Hermit形式的参数三次样条插值
    3.5 TPS内形曲线光顺算法
    3.6 本章小结
第四章 集成设计系统与光顺算法的综合运用
    4.1 引言
    4.2 翼型表面流场计算模型
        4.2.1 研究对象描述
        4.2.2 热流计算模型
        4.2.3 防热层备选材料以及温区划分
    4.3 航天飞机轨道算例
        4.3.1 轨道参数
        4.3.2 热流计算结果
        4.3.3 TPS集成设计结果
    4.4 X-34轨道算例
        4.4.1 轨道参数
        4.4.2 热流计算结果
        4.4.3 TPS集成设计结果
    4.5 本章小结
第五章 全文总结与展望
    5.1 全文工作总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
在校期间的研究成果及发表的学术论文
附录I:TPS防热层材料属性



本文编号：3790397