基于工程算法的材料烧蚀数值仿真
发布时间：2021-09-06 00:55
飞行器在以高超声速再入大气层时,其表面温度非常高,飞行器承受严重的气动加热和机械剥蚀,若不严格的设计飞行器的热防护层,会导致气动加热造成飞行器表面温度过高损毁飞行器或是造成内部温度过高造成仪器不能正常工作。因此准确的掌握烧蚀材料的烧蚀特性对飞行器的热防护层设计具有重大意义,既防止了由于设计不足而造成的飞行器可靠性降低又解决了设计过度而造成飞行器负载增大降低了飞行器的运载能力同时增加成本。本文研究了不同烧蚀材料的烧蚀原理,推导出材料烧蚀的控制方程,建立了基于工程算法的计算物理模型,利用著名的烧蚀仿真软件Amaryllis对石墨材料、碳化材料的烧蚀进行了数值仿真,并分析了不同材料属性对烧蚀特性的影响大小,为高超声速飞行器的热防护设计提供借鉴。不仅如此,该工程算法有效的减少了设计周期,得以应对日益商业化的航天事业。本文的主要研究内容包括:总结了国内外各类热防护材料的发展进程及研究现状,提出了他们研究的优势和缺陷。分析了各类烧蚀材料在烧蚀过程中的放热机理以及它们的烧蚀物理模型。本文采用简单而又精确的工程计算方法,推导出了材料烧蚀过程中控制体的质量守恒方程和能量守恒方程,分析了烧蚀材料在化学烧蚀...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１不同航天器的热烧蚀??随着航天的发展Ｗ及深空探测的需要，传统的火箭发动机己经不能满足大吨位的运??
声速飞行器有着较大的突防能力，得到了许多国家的大力速武器在能够达到６Ｍａ的速度，大大的增强了其突防能器八１１－１４成功实验，其飞行速度最高达到ｌＯＭａ，飞行器（＾上）在稠密的大气中飞行时，飞行器周围的空气受到内，气流的部分动能转化为热能，使边界层内的温度迅速壁面传递，我们称这种高速飞行而产生的加热现象叫做气表面的气动加热现象也越发严重，温度也随之升高，而飞升高而下降，这对飞行器的连续飞行造成了很大的影响，ｔｅｃｔｉｏｎ巧ｓｔｅｍ热防护系统）提出了很高的要求。不仅如此大气的过程中能达到ｌ〇－２５Ｍａ，端头驻点的热环境更为严压力最高能达到ｌＯＭＰａ，在如此高的温度和表面皮力下，机械剥蚀，因此需要严格的设计导弹弹头的热防护层，防过高损毁弹头或是造成弹头内部温度过高造成仪器不能正飞行器再入的一些图片，由此可见弹头的热防护层设计极
声速飞行器有着较大的突防能力，得到了许多国家的大力速武器在能够达到６Ｍａ的速度，大大的增强了其突防能器八１１－１４成功实验，其飞行速度最高达到ｌＯＭａ，飞行器（＾上）在稠密的大气中飞行时，飞行器周围的空气受到内，气流的部分动能转化为热能，使边界层内的温度迅速壁面传递，我们称这种高速飞行而产生的加热现象叫做气表面的气动加热现象也越发严重，温度也随之升高，而飞升高而下降，这对飞行器的连续飞行造成了很大的影响，ｔｅｃｔｉｏｎ巧ｓｔｅｍ热防护系统）提出了很高的要求。不仅如此大气的过程中能达到ｌ〇－２５Ｍａ，端头驻点的热环境更为严压力最高能达到ｌＯＭＰａ，在如此高的温度和表面皮力下，机械剥蚀，因此需要严格的设计导弹弹头的热防护层，防过高损毁弹头或是造成弹头内部温度过高造成仪器不能正飞行器再入的一些图片，由此可见弹头的热防护层设计极
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析美国航天商业化的发展[J]. 高建. 卫星应用. 2016(06)
[2]高超声速飞行器表面温度分布与气动热耦合数值研究[J]. 董维中,高铁锁,丁明松,江涛,刘庆宗. 航空学报. 2015(01)
[3]碳-酚醛材料烧蚀热解对再入流场特性影响的数值计算[J]. 张威,曾明,肖凌飞,徐丹. 国防科技大学学报. 2014(04)
[4]C/C复合材料在再入模拟环境中烧蚀性能研究[J]. 王德文,査柏林,杨月诚,李红霞. 推进技术. 2014(08)
[5]C/C复合材料的高温抗氧化防护研究进展[J]. 杨鑫,黄启忠,苏哲安,常新. 宇航材料工艺. 2014(01)
[6]高硅氧/酚醛复合材料热-力-化学多物理场耦合计算[J]. 陈海龙,方国东,李林杰,时圣波,梁军. 复合材料学报. 2014(03)
[7]碳/碳复合材料烧蚀热响应的数值分析[J]. 杨德军,李旭东. 化工新型材料. 2013(10)
[8]碳纤维在高温下的结构、性能演变研究[J]. 冯志海,李同起,杨云华,杨晓光,李秀涛,徐樑华,吕春祥. 中国材料进展. 2012(08)
[9]轴对称再入舱模型气动热特性数值模拟研究[J]. 张向洪,伍贻兆,王江峰. 应用力学学报. 2012(03)
[10]大变形条件下纤维增强复合材料的有效性能[J]. 杨庆生,刘夏,刘健. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2010(12)
博士论文
[1]高硅氧/酚醛复合材料的烧蚀机理及热—力学性能研究[D]. 时圣波.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]碳/酚醛复合材料烧蚀行为研究[D]. 赵小光.哈尔滨工业大学 2015
[2]碳/碳复合材料表面烧蚀的多尺度数值模拟[D]. 刘娜.北京工业大学 2014
[3]再入弹头气动加热及热响应分析[D]. 邹小飞.国防科学技术大学 2009
本文编号：3386410
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１不同航天器的热烧蚀??随着航天的发展Ｗ及深空探测的需要，传统的火箭发动机己经不能满足大吨位的运??
声速飞行器有着较大的突防能力，得到了许多国家的大力速武器在能够达到６Ｍａ的速度，大大的增强了其突防能器八１１－１４成功实验，其飞行速度最高达到ｌＯＭａ，飞行器（＾上）在稠密的大气中飞行时，飞行器周围的空气受到内，气流的部分动能转化为热能，使边界层内的温度迅速壁面传递，我们称这种高速飞行而产生的加热现象叫做气表面的气动加热现象也越发严重，温度也随之升高，而飞升高而下降，这对飞行器的连续飞行造成了很大的影响，ｔｅｃｔｉｏｎ巧ｓｔｅｍ热防护系统）提出了很高的要求。不仅如此大气的过程中能达到ｌ〇－２５Ｍａ，端头驻点的热环境更为严压力最高能达到ｌＯＭＰａ，在如此高的温度和表面皮力下，机械剥蚀，因此需要严格的设计导弹弹头的热防护层，防过高损毁弹头或是造成弹头内部温度过高造成仪器不能正飞行器再入的一些图片，由此可见弹头的热防护层设计极
声速飞行器有着较大的突防能力，得到了许多国家的大力速武器在能够达到６Ｍａ的速度，大大的增强了其突防能器八１１－１４成功实验，其飞行速度最高达到ｌＯＭａ，飞行器（＾上）在稠密的大气中飞行时，飞行器周围的空气受到内，气流的部分动能转化为热能，使边界层内的温度迅速壁面传递，我们称这种高速飞行而产生的加热现象叫做气表面的气动加热现象也越发严重，温度也随之升高，而飞升高而下降，这对飞行器的连续飞行造成了很大的影响，ｔｅｃｔｉｏｎ巧ｓｔｅｍ热防护系统）提出了很高的要求。不仅如此大气的过程中能达到ｌ〇－２５Ｍａ，端头驻点的热环境更为严压力最高能达到ｌＯＭＰａ，在如此高的温度和表面皮力下，机械剥蚀，因此需要严格的设计导弹弹头的热防护层，防过高损毁弹头或是造成弹头内部温度过高造成仪器不能正飞行器再入的一些图片，由此可见弹头的热防护层设计极
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析美国航天商业化的发展[J]. 高建. 卫星应用. 2016(06)
[2]高超声速飞行器表面温度分布与气动热耦合数值研究[J]. 董维中,高铁锁,丁明松,江涛,刘庆宗. 航空学报. 2015(01)
[3]碳-酚醛材料烧蚀热解对再入流场特性影响的数值计算[J]. 张威,曾明,肖凌飞,徐丹. 国防科技大学学报. 2014(04)
[4]C/C复合材料在再入模拟环境中烧蚀性能研究[J]. 王德文,査柏林,杨月诚,李红霞. 推进技术. 2014(08)
[5]C/C复合材料的高温抗氧化防护研究进展[J]. 杨鑫,黄启忠,苏哲安,常新. 宇航材料工艺. 2014(01)
[6]高硅氧/酚醛复合材料热-力-化学多物理场耦合计算[J]. 陈海龙,方国东,李林杰,时圣波,梁军. 复合材料学报. 2014(03)
[7]碳/碳复合材料烧蚀热响应的数值分析[J]. 杨德军,李旭东. 化工新型材料. 2013(10)
[8]碳纤维在高温下的结构、性能演变研究[J]. 冯志海,李同起,杨云华,杨晓光,李秀涛,徐樑华,吕春祥. 中国材料进展. 2012(08)
[9]轴对称再入舱模型气动热特性数值模拟研究[J]. 张向洪,伍贻兆,王江峰. 应用力学学报. 2012(03)
[10]大变形条件下纤维增强复合材料的有效性能[J]. 杨庆生,刘夏,刘健. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2010(12)
博士论文
[1]高硅氧/酚醛复合材料的烧蚀机理及热—力学性能研究[D]. 时圣波.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]碳/酚醛复合材料烧蚀行为研究[D]. 赵小光.哈尔滨工业大学 2015
[2]碳/碳复合材料表面烧蚀的多尺度数值模拟[D]. 刘娜.北京工业大学 2014
[3]再入弹头气动加热及热响应分析[D]. 邹小飞.国防科学技术大学 2009
本文编号：3386410
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