高超声速飞行器的防热材料与防热结构进展

对高超声速气动热产生的过程及热防护系统进行了介绍,对飞行器防热材料方案进行了讨论,分析了高超声速飞行器材料选用方面的挑战.     

高超声速飞行器热防护结构研究进展

热防护结构设计是实现与推进高超声速飞行器发展的关键技术之一。介绍了高超声速飞行器热防护结构技术研究现状,指出了其发展趋势:由单一的热防护结构向承载/防热一体化结构及多功能一体化结构发展;超高温材料、相变材料、仿生概念和热电技术开始引入热防护结构,并给出了高超声速飞行器热防护结构设计相关建议。     

高超声速飞行器热防护技术发展态势分析

热防护技术是高超声速飞行器必须解决的关键技术之一,自1964年高超声速热防护概念首次出现以来,受到越来越多国家和机构的关注。以检索到的公发表的950篇相关文献为分析对象,总结了热防护整体发展态势;并选取NASA兰利研究中心、NASA艾姆斯研究中心、德国国家宇航中心和日本国家空间总署四个机构,详细介绍了机构整体情况、研究主题分布、重要合作对象与核心研究人员;后分析了不同时期高超声速热防护技术的发展情况。     

C/C复合材料在高超声速飞行器中的应用

以高超声速飞行器为应用背景,简要论述了其对材料的技术要求,详细介绍了C/C复合材料的特性及适用性.结合国外相关型号的使用经验,就C/C-SiC复合材料的应用前景做了简要分析.     

高超声速飞行器结构材料与热防护系统

随着人类对高超声速飞行器的不断探索,结构材料和热防护系统已成为高超技术发展的瓶颈。首先介绍了X-51A和X-43A的项目概况、结构材料和热防护系统,然后分别从高超声速试飞器超高温热防护材料、大面积热防护材料和热防护系统等几方面对X-51A和X-43A试飞器进行了分析,最后提出了结构材料和热防护系统发展的关键技术。     

高超声速飞行器热防护的布雷顿热电转化技术

针对高超声速飞行器面临的热防护问题,提出了一种布雷顿循环热电转化技术,结合高超声速飞行器的飞行工况,进行了热力学计算,初步得到热电转化的发电效率及发电机功率,并讨论了飞行马赫数、关键部件效率、压比和循环工质对系统性能（发电效率和输出功率）的影响。结果表明,气动热的利用使高超声速飞行器的热电转化成为可能;同时提高关键部件效率,如换热器效率、旋转部件效率可提高发电效率和发电机功率,由于它们之间存在耦合关系,在系统方案设计时需要综合考虑;分析也表明,选择适当的工质可以提高热电转化的发电效率及发电机功率。     

高超声速飞行器气动热利用方法研究

在调研国内外现有热电转换技术的基础上,探索了高超声速飞行器气动热的热利用难题。在现有直接类热电转换技术和热力循环类热电转换技术研究的基础上,提出了基于温差发电和有机朗肯循环热电技术相结合的组合型热利用方案。通过对组合型热电转换方案的热力分析表明,系统热电转换效率可达19.8%。     

HTV-2飞行器热防护技术分析

HTV-2是美国国防高级研究计划局(DAR-PA)和美国空军合作研制的高超声速飞行器。回顾了HTV-2飞行器热防护技术研究历程,概述了HTV-2两次热防护飞行试验情况,并对HTV-2热防护技术进行了简要分析,最后讨论了高超声速飞行器热防护研制所面临的问题与挑战。     

高超声速飞行器鼻锥的热环境和结构热分析研究

基于典型的高超声速气动加热飞行环境,利用热流迭代修正方法对轴对称一体化结构高超声速飞行器鼻锥进行结构温度场分析.首先通过流场计算得到飞行器鼻锥的冷壁边界热流密度分布,并将其作为结构热响应有限元计算的初始边界条件.为了验证计算方法的可执行性,并为计算结果分析比较提供参考数据,首先进行只考虑导热和辐射的计算,不考虑壁面温度变化对热流影响的热流修正迭代计算.而后,针对壁面温度随时间变化,对热流密度进行修正,进行多次迭代计算模拟,用以确定高超声速飞行器鼻锥材料以及结构设计尺寸.     

国外高超声速飞行器耐高温非金属结构材料研究现状

高超声速飞行器所要求材料具备的特性为耐高温,且在高温下仍具有高强度、高韧性、质量轻及环境耐久性好。在这方面,某些非金属结构材料比钛、高温合金等更适用。介绍了美国、法国、德国、日本等国家高超声速飞行器用耐高温非金属结构材料的最新研究开发状况,包括热防护系统、高温发动机结构件等方面的研究。涉及到的材料主要包括陶瓷基复合材料...     

高超声速飞行器多约束再入滑翔机动弹道优化设计

建立了升力体再入滑翔飞行器的气动模型和多约束模型。多约束模型除了包括热流密度、气动过载、动压和终端约束等典型约束外,还建立了更符合实际任务的路径点和禁飞区约束模型,并利用路径点、禁飞区和终端约束划分弹道,在各段分别使用高斯伪谱法进行弹道求解,将多段多约束的最优控制问题转换为非线性规划问题。改进的准平衡滑翔条件保证了弹道平缓。最后通过Matlab仿真计算验证了所用分段高斯伪谱法规划弹道比传统的高斯伪谱法具有更精确的优化结果和更高的优化效率。     

RLV陶瓷热防护系统热分析模型研究

应用于可重复使用运载器的陶瓷热防护系统具有多层结构、材料物理性能差异大、外边界具有辐射、对流换热等复杂内部结构及外边界特征，热分析涉及到复杂的气动热、温度场以及应力应变场的耦合分析。瞬态温度场分析是将各种分析过程耦合于一体的一个重要的中间环节，应用非线性全隐式有限差分方法研究陶瓷热防护系统瞬态温度场数值计算方法及细致计算步骤，建立了用于温度场分析及结构质量预测的一维热分析模型，获得了可资工程实践应用的数值算法体系以及有益的数值计算结论，对于提高热防护系统结构质量的预测精度及深入进行往返式航天飞行器结构优化设计都有较好的理论参考价值。     

飞行器气动加热烧蚀工程计算

高超声速飞行器设计时,为了对防热层气动热烧蚀情况及温度场进行快速预估,提出了集成气动热、材料烧蚀、瞬态温度场的耦合计算方法。通过算例对计算方法和程序进行了验证,表明该方法具有较高的效率和精度。在给定弹道条件下,实现了气动热、热防护材料烧蚀性能和弹体温度场耦合计算。通过该方法可以在高速飞行器设计阶段,快速计算出指定飞行工况下的防热材料烧蚀情况及温度场分布,为飞行器热防护层设计提供依据。