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载人飞船返回舱的烧蚀防热
赵梦熊
【期刊名称】《气动实验与测量控制》
【年(卷),期】1996(010)003
【摘要】载人飞船返回舱的烧蚀热防护技术研究和试验表明，碳化烧蚀材料是再人飞行器最有效的热防护层。
对典型的碳化烧蚀体的热性能的预测分析攻计算方法作了阐述。
数值计算结果分别与电弧风洞试验和阿波罗的飞行验证试验作了比较，结果符合得很好。
【总页数】9页(P1-9)
【作者】赵梦熊
【作者单位】中国航天工业总公司第七一0研究所
【正文语种】中文
【中图分类】V476.2
【相关文献】
1.非烧蚀型防热材料烧蚀性能初步试验研究 [J], 刘初平;孟松鹤;杜百合;王国林
2.“神八”飞船返回舱防热材料用上“圣泉·安特福” [J],
3.新一代载人飞船返回舱着陆缓冲过程仿真研究 [J], 李建阳;张常龙;邢伟
4.轻质烧蚀防热材料结构组成对烧蚀形貌的影响 [J], 梁馨;方洲;林治峰;乔鹏;代晓伟
5.飞船返回舱气动热及烧蚀防热的不确定性初步研究 [J], 王安龄;桂业伟;耿湘人;贺立新
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2021年第1期 导 弹 与 航 天 运 载 技 术 No.1 2021 总第378期 MISSILES AND SPACE VEHICLES Sum No.378收稿日期：2020-11-20；修回日期：2020-12-14 基金项目：国家自然科学基金（11902364）文章编号：1004-7182(2021)01-0024-05 DOI ：10.7654/j.issn.1004-7182.20210105多层热防护结构烧蚀传热模型研究丁 晨，牛智玲，单亦姣，张子骏，王 尧（中国运载火箭技术研究院，北京，100076）摘要：多层热防护结构由防热层与隔热层等多层热防护材料组成，在气动热作用下存在复杂的烧蚀与传热过程。
为准确预示多层热防护结构温度响应特性，建立了气动热环境下防热材料烧蚀模型，提出了烧蚀导致的变厚度多层结构传热数值计算方法，研究了气动热环境下多层热防护结构温度分布随时间变化规律，分析了多层热防护结构厚度分布对防热效果的影响。
研究表明，提出的模型能准确预示多层热防护结构烧蚀与传热过程，热量传导至承力结构后，隔热层内温度梯度大于防热层内温度梯度，在满足隔热层温度、烧蚀裕度以及工艺要求前提下，增大隔热层厚度能提高热防护性能。
关键词：热防护；烧蚀；多层热防护结构中图分类号：TB332 文献标识码：AHeat Transfer and Ablation Model for Multi-layer Thermal Protection SystemDing Chen, Niu Zhi-ling, Shan Yi-jiao, Zhang Zi-jun, Wang Yao(China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing, 100076)Abstract: Multi-layer thermal protection system is consisting of thermal protection layer and thermal insulation layer. Thereexists complex process of ablation and heat transfer under the effect of aerodynamic heating. In order to predict the temperature response for the multi-layer thermal protection system, the ablation model and the thermal conduction model for variable thickness caused by the ablation were proposed. Moreover, the temperature response for the multi-layer thermal protection system and the effect of the thickness distribution for different layers were discussed. It shows that the developed model can predict the ablation process and the heat transfer. As the heat is transferred to the structure, the temperature gradient in the insulation layer is higher than that in the thermal protection layer, and increasing the thickness of insulation layer can improve the thermal performance of the thermal protection system under the premise of temperature requirements, ablation margin and the technical requirements.Key words: thermal protection; ablation; multi-layer thermal protection structure0 引 言航天飞行器在大气层内长时间高速飞行时，飞行器表面与大气剧烈摩擦，形成了对飞行器严重的气动加热与气流剪切力，可能导致结构性能下降、设备功能失效，影响飞行器可靠性与安全性，甚至导致飞行失利。
基于烧蚀机理的涂层类防热结构精细化设计方法
金玲;张程;卞亚东;陈克;刘轩秀
【期刊名称】《导弹与航天运载技术（中英文）》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】为了实现轻质化、低成本、精细化防热设计,提出基于烧蚀机理的涂层类防热结构精细化设计方法,使用烧蚀机理初步计算出涂层烧蚀碳层厚度,从而建立烧蚀精细化热仿真计算模型,并计算得到较为准确的防隔热仿真结果,该方法的应用可为舱段涂层防热方案论证提供科学有效的理论分析手段,指导防热方案设计,并达到降低设计成本、缩短研制周期的目的。
【总页数】5页(P46-50)
【作者】金玲;张程;卞亚东;陈克;刘轩秀
【作者单位】中国运载火箭技术研究院;国防科学技术大学航天科学与工程学院【正文语种】中文
【中图分类】V414.8
【相关文献】
1.环氧类韧性耐烧蚀防热涂层的研制与表征
2.二氧化碳介质气动加热环境下碳化热解类防热材料烧蚀机理分析
3.硅橡胶基防热涂层动态烧蚀行为及机理研究
4.航天飞行器防热涂层烧蚀行为及机理研究
5.硅橡胶基防热涂层烧蚀和热响应特性预报方法
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CC复合材料烧蚀行为的数值模拟的开题报告题目：CC复合材料烧蚀行为的数值模拟一、研究背景CC复合材料是一种具有优异性能的高温结构材料，广泛应用于推进及航空航天领域。
然而，在高温环境下，CC复合材料受到烧蚀的影响，从而降低了其使用寿命。
针对这一问题，采用数值模拟方法研究CC复合材料的烧蚀行为是一种有效的手段。
通过模拟材料的热传导、质量传输和化学反应过程，可以分析并预测材料烧蚀的机理与规律，为材料设计与优化提供可靠的理论支持。
二、研究目的本研究旨在探究CC复合材料的烧蚀行为，通过数值模拟热传导、质量传输和化学反应过程，以获取以下信息：1. CC复合材料在高温环境下的烧蚀机理与规律。
2. 烧蚀速率与温度、压力、气体成分等因素的关系。
3. CC复合材料烧蚀过程中表面形貌、结构和力学性能的变化规律。
三、研究内容1. 对CC复合材料的基本性质和烧蚀机理进行深入了解，建立数学模型。
2. 利用COMSOL Multiphysics等数值模拟软件，模拟热传导、质量传输和化学反应过程。
3. 分析烧蚀速率与温度、压力、气体成分等因素的变化规律。
4. 分析烧蚀过程中CC复合材料表面形貌、结构和力学性能的变化规律。
5. 确定CC复合材料烧蚀过程中最优的防护措施。
四、研究方法本研究采用数值模拟方法，建立CC复合材料烧蚀实验模型，研究其热传导、质量传输和化学反应过程，利用COMSOL Multiphysics等数值模拟软件对烧蚀机理进行模拟并分析其变化规律。
五、研究意义1. 该研究有利于加深人们对CC复合材料烧蚀机理和规律的认识，为材料设计和应用提供可靠的理论基础。
2. 研究烧蚀速率与温度、压力、气体成分等因素的关系，有助于制定更为科学的材料应用和保护措施。
3. 通过研究烧蚀过程中CC复合材料表面形貌、结构和力学性能的变化规律，可为材料匹配和应用提供参考。
六、预期成果本研究预期得到CC复合材料烧蚀机理和规律的系统研究，并得到以下成果：1. 建立CC复合材料烧蚀模型，并确定其烧蚀速率。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710285068.2(22)申请日 2017.04.28(71)申请人 大连理工大学地址 116024 辽宁省大连市甘井子区凌工路2号(72)发明人 孙得川 卢明 朱强华 (74)专利代理机构 大连理工大学专利中心21200代理人 温福雪 侯明远(51)Int.Cl.B64F 5/00(2017.01)(54)发明名称一种模拟材料气动热烧蚀的实验方法与装置(57)摘要本发明属于航空航天技术领域，涉及到一种模拟材料气动热烧蚀的实验方法和装置。
该装置利用燃烧反应来生成高温、高压的气体，主要参数可调，使测试段的气流能够模拟指定飞行条件时的气动热和剪切力对材料的作用。
其特征是采用燃料和空气在燃烧室中燃烧来生成高温高压气体，并在燃烧室中采取补充空气的方式来调节气流总温，使之与飞行条件一致，最终使用矩形拉瓦尔喷管使模拟气体加速，达到指定的剪切力；测试件安装在喷管下游的测试段侧壁面上。
本发明的效果和益处是可提供冷壁热流、壁面剪切力可调的气流，具有准确模拟不同飞行条件下材料气动热烧蚀环境的能力，为超声速飞行器壳体材料气动热烧蚀提供实验条件。
权利要求书2页 说明书4页 附图2页CN 107244424 A 2017.10.13C N 107244424A1.一种模拟材料气动热烧蚀的实验装置，其特征在于，所述的实验装置分为燃烧室(3)、喷管(7)和实验段(8)三部分；所述的燃烧室(3)主体为矩形截面燃烧室，包括主燃烧室(4)和混合段(6)，两者相通，燃烧室(3)外部设有冷却水管路；主燃烧室(4)的前端设有空气喷注器(1)和燃料喷注器(2)，空气喷注器(1)和燃料喷注器(2)分别连接外部的空气管路和燃料管路，通过调节空气管路和燃料管路的进气流量，控制主燃烧室(4)前端的燃料与空气的混合比例，以化学当量比混合，保证可靠燃烧并达到理论最高燃烧温度；混合段(6)和主燃烧室(4)之间设有补充空气入口(5)，在燃烧过程中喷入空气，达到与高温燃气混合降温的目的，同时避免影响上游的燃烧；所述的喷管(7)与混合段(6)相通，喷管出口为矩形，喷管逐渐向出口端收缩，收敛角为45°，且出口为起整流作用的平直段，使喷管喷出的燃气方向一致；所述的实验段(8)设有与喷管(7)相通的管道，从喷管(7)出来的燃气，直接作用于待测材料(9)的表面，待测材料(9)通过可拆卸的安装台承载；实验段(8)上开设用于安放耐高温玻璃(10)的槽口，其位置与待测材料(9)对应，便于利用非接触式温度传感器测量待测材料表面温度。
第23卷第5期宇 航 学 报Vol .23No .52002年9月Journal of Astr onauticsSeptem ber 2002收稿日期:2001-12-03,修回日期:2002-07-08。
基金项目:国家自然科学基金资助(批准号:10102005,19932030)C /C 复合材料高温热物理性能实验研究易法军,张 巍,孟松鹤,杜善义(哈尔滨工业大学复合材料研究所,哈尔滨150001)摘 要:实验研究了烧蚀防热C /C 复合材料从常温到高温的等效热膨胀系数、热扩散率、比热随温度的变化情况,并计算了材料不同温度下的热导率与抗热应力系数。
结果表明:材料的热膨胀系数很小,接近零膨胀。
热扩散率随温度升高而下降,比热随温度升高近似比例增加,而热导率随温度的变化规律与热扩散率相似。
材料的抗热应力系数随温度的升高变化不大,抗热震性能稳定。
关键词:C /C 复合材料;热膨胀系数;热导率;抗热应力系数中图分类号:TB33 文献标识码:A 文章编号:1000-1328(2002)05-0085-040 引言烧蚀防热材料是返地航天器头部防护气动加热的关键材料,碳基复合材料具备烧蚀率低、烧蚀热高、抗热震性能及高温力学性能优良等特点,因而,在航天器再入环境下碳基复合材料是颇具前途的高性能烧蚀材料。
其中C/C 复合材料的使用温度可高达2000℃以上,是目前能用于2000℃以上热结构的理想备选材料[1,2]。
随着“结构·材料·设计一体化”思想的提出,工程结构的设计向着小型化、轻型化方向发展,对材料要求也越来越严格,对结构的设计与评价也越来越细致,因而,材料在超高温下的热物理性能的实验研究就显得特别重要。
C/C 复合材料的高温热物理性能是工程结构设计必不可少的数据,文献[3]测定了不同热处理温度下C/C 复合材料的导热系数。
本文通过实验手段,研究了C/C 复合材料的热膨胀系数、比热、热扩散率和热导率随温度的变化情况,并讨论了材料的抗热震性能。
防热材料烧蚀行为和热响应的数值仿真研究防热材料烧蚀行为和热响应的数值仿真研究摘要：本文通过数值仿真研究，探讨了防热材料在高温环境下的烧蚀行为和热响应。
利用计算流体动力学（CFD）方法，在不同工况下对防热材料的表面进行数值模拟，分析了热辐射、热传导和热对流对防热材料烧蚀的影响，揭示了防热材料热响应的内在机理，为防热材料的设计和应用提供理论依据。
关键词：防热材料；烧蚀行为；热响应；数值仿真；计算流体动力学第1节引言防热材料是在高温环境下保护结构材料免受热辐射、热传导和热对流等热载荷的一种重要材料。
在火箭发动机、高速飞行器、航天器等领域的应用中，防热材料的烧蚀行为和热响应表现出重要影响。
因此，研究防热材料的烧蚀行为和热响应对于保障结构的安全和可靠性具有重要意义。
第2节数值模拟方法在本研究中，采用计算流体动力学（CFD）方法对防热材料的烧蚀行为和热响应进行数值仿真。
首先，通过建立几何模型和边界条件，确定数值仿真的基本设置。
然后，利用连续介质方程和辐射传热方程，对防热材料表面的热传导、热对流和热辐射进行数值求解。
最后，通过数值计算得到防热材料的温度分布、热流密度分布等烧蚀行为和热响应参数。
第3节烧蚀行为的数值模拟结果分析在数值模拟中，分析了不同工况下防热材料的烧蚀行为。
结果显示，防热材料表面的烧蚀程度与热辐射、热传导和热对流的强度密切相关。
随着热辐射和热传导的增加，防热材料表面的烧蚀程度增加；同时，热对流的强度也会对防热材料的烧蚀造成一定影响。
此外，不同工况下防热材料的烧蚀速率也存在一定的差异，其中工作温度、气流速度等因素对烧蚀速率的影响较为显著。
第4节热响应的数值模拟结果分析在数值模拟中，分析了防热材料在不同热载荷下的热响应。
结果显示，防热材料的温度分布呈现不均匀的特点，不同位置的温度差异较大。
此外，随着热载荷的增加，防热材料的最大温度也逐渐升高，热应力的产生对材料的性能造成了一定的影响。
同时，热对流的传热效果会使防热材料的温度分布更加均匀，减小温度梯度，降低热应力。
