航天器环境工程
航天器環境工程
항천기배경공정
SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING
2013年
5期
516-521
,共6页
高超声速飞行器%热防护结构%设计优化%重量控制%仿真分析
高超聲速飛行器%熱防護結構%設計優化%重量控製%倣真分析
고초성속비행기%열방호결구%설계우화%중량공제%방진분석
hypersonic aircraft%thermal protection structure%design optimization%weight control%simulation analysis
高超声速飞行器对结构性能、热防护性能以及结构重量有很高的要求。为了获得最小的结构重量,文章从热防护的角度进行了优化分析:分别选择铝合金和先进复合材料作为蒙皮,在不同的热载荷条件下,对多种热防护结构(TPS)建立一维传热模型,并进行了结构尺寸优化,得到了单位面积 TPS 的最小重量;分析飞行器再入过程中的温度载荷、再入时间以及蒙皮材料可承受的最高温度对热防护结构最小重量的影响。ANSYS仿真分析结果表明:温度对TPS的单位面积最小重量有显著影响,LI900刚性陶瓷隔热瓦和先进金属蜂窝夹层防热结构有重量优势;采用复合材料蒙皮的TPS可使重量大幅减轻;飞行器再入时间和再入初始温度对刚性陶瓷隔热瓦重量的影响大于对金属盖板式隔热结构。
高超聲速飛行器對結構性能、熱防護性能以及結構重量有很高的要求。為瞭穫得最小的結構重量,文章從熱防護的角度進行瞭優化分析:分彆選擇鋁閤金和先進複閤材料作為矇皮,在不同的熱載荷條件下,對多種熱防護結構(TPS)建立一維傳熱模型,併進行瞭結構呎吋優化,得到瞭單位麵積 TPS 的最小重量;分析飛行器再入過程中的溫度載荷、再入時間以及矇皮材料可承受的最高溫度對熱防護結構最小重量的影響。ANSYS倣真分析結果錶明:溫度對TPS的單位麵積最小重量有顯著影響,LI900剛性陶瓷隔熱瓦和先進金屬蜂窩夾層防熱結構有重量優勢;採用複閤材料矇皮的TPS可使重量大幅減輕;飛行器再入時間和再入初始溫度對剛性陶瓷隔熱瓦重量的影響大于對金屬蓋闆式隔熱結構。
고초성속비행기대결구성능、열방호성능이급결구중량유흔고적요구。위료획득최소적결구중량,문장종열방호적각도진행료우화분석:분별선택려합금화선진복합재료작위몽피,재불동적열재하조건하,대다충열방호결구(TPS)건립일유전열모형,병진행료결구척촌우화,득도료단위면적 TPS 적최소중량;분석비행기재입과정중적온도재하、재입시간이급몽피재료가승수적최고온도대열방호결구최소중량적영향。ANSYS방진분석결과표명:온도대TPS적단위면적최소중량유현저영향,LI900강성도자격열와화선진금속봉와협층방열결구유중량우세;채용복합재료몽피적TPS가사중량대폭감경;비행기재입시간화재입초시온도대강성도자격열와중량적영향대우대금속개판식격열결구。
Hypersonic aircraft requires a good structural performance, good thermal protection properties and the lightest weight. To minimize the weight, an optimization of the thermal structure is made by establishing a one-dimensional thermal transfer model under different thermal conditions, using the aluminum alloy or advanced composite materials as the skin. This paper analyzes the effects of the heat load, the re-entry time, and the skin materials on the TPS weight. Through optimizing the dimensions of the thermal structure, the minimum TPS weight per unit area is calculated. ANSYS simulation results show that the temperature has a prominent effect on the minimum TPS weight per unit area;LI900 and AMHC have an advantage over other TPS concepts;Composite material skin may help reduce the TPS weight. The initial re-entry temperature and the re-entry time have a more significant effect on the rigid ceramic tiles than on the metallic cover insulation.