高温环境下轻质防热材料与结构防隔热性能研究

admin · 发表于 2022-5-20 09:34:38

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雅宝题库解析：
随着导弹等高速飞行器速度的不断提高,气动热题目变得越来越严重。导弹等高速飞行器广泛采用轻质材料进行热防护，但实际使用的轻质防热材料由于在密度、质量、工艺、生产批次等多方面的原因，厂家提供的非连续表征的离散式材料导热系数，与非线性连续变化的实际热参数之间存在一定差别。本文建立轻质防热材料高温导热系数测量装置，通过实验得到轻质高温陶瓷隔热材料导热系数与温度之间的非线性关系。通过建立有限元模型，并使用由实验得到的温度与导热系数之间的非线性关系对轻型高温陶瓷隔热材料的隔热效果进行数值模拟；同时使用瞬态气动热试验模拟系统对上述防热材料进行气动热模拟实验,将计算结果和试验结果进行对比验证。研究表明，数值计算和实验结果取得了良好的一致性，说明采用实测的导热系数与温度之间的非线性关系进行数值模拟可得到更为准确的计算结果，为使理论计算能够在一定程度上替代价格昂贵的气动热模拟试验打下可靠基础。高速飞行器大量采用轻型防热结构，初期的热防护系统主要利用柔性隔热材料，随着高速飞行器防热研究的快速发展，出现了很多新型防热结构，现阶段比较先进的防热结构合金蜂窝TPS，结构的表面是高温合金蜂窝夹芯板，内部为柔性隔热材料。金属蜂窝板结构由于重量轻，在高温环境下的抗变形能力强（刚度大）导热系数小，是航空航天器设计中理想的防热结构。考虑蜂窝结构中不同传热方式的耦合关系，本文建立蜂窝夹芯结构等效导热系数的数学模型，得到不同温度下蜂窝夹芯结构的等效导热系数，使用该等效导热系数对蜂窝板结构的隔热效果进行数值模拟。对高温合金金属蜂窝板进行瞬态气动热模拟试验，得到蜂窝结构隔热效果的实验值。计算结果和实验结果取得了良好的一致性，表明考虑蜂窝内部不同传热方式的耦合关系所建立的等效导热系数数学模型具有一定的实用价值。轻质陶瓷纤维隔热材料以及金属蜂窝夹芯结构隔热性能的获得，在一定程度上为提高金属热防护系统的设计效率，降低热防护系统的设计成本提供了具有工程实际应用价值的结果。

高温环境下轻质防热材料与结构防隔热性能研究

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