搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

疏导式结构在头锥热防护中的应用

孙健 刘伟强

引用本文:
Citation:

疏导式结构在头锥热防护中的应用

孙健, 刘伟强

Application of leading structure on thermal protection of nosetip

Sun Jian, Liu Wei-Qiang
PDF
导出引用
  • 针对高超声速飞行器工作时头锥恶劣的热环境,为了保证飞行器头锥的尖锐外形, 提出疏导式热防护结构,利用内置高导热碳材料结构为飞行器头锥提供热防护. 采用流固耦合方法对头锥疏导式防热结构进行了分析,验证了头锥内置高导热碳材料具有较好防热效果, 其中来流马赫数(Ma)为9时头锥前缘壁面最高温度下降了21.9%,尾部最低温度升高了15.2%, 实现了热流由高温区向低温区的转移,削弱了头锥的热载荷,强化了头锥的热防护能力. 本文对外蒙皮结构参数、材料参数以及内部高导热碳材料导热率对头锥热防护性能的影响进行了分析, 其中头锥最高温度随着蒙皮材料导热系数的增加而降低到一个稳定值; 随着蒙皮材料表面黑度的增加而降低;随着蒙皮厚度的增加而升高;随着高导热碳材料导热系数的 增加而呈抛物线下降.
    The structure of embedded high thermal conductivity carbon material leading thermal protection is considered as thermal protection system to prevent hypersonic vehicle nosetip which requires sharp figure during hypersonic flying, from being seriously aerodynamically heated. By fluid structure interaction method, we analyze leading thermal protection of nosetip and validate that embedded high thermal conductivity carbon material structure has a good effect on thermal protection. The maximal temperature of the nosetip which uses leading thermal protection structure is reduced by 21.9% and the lowest temperature of aft is increased by 15.2% when Mach number is 9. The transfer of heat from head to after-body is achieved, the thermal load of the front head is weakened and the ability of leading-edge thermal protection is strengthened. The influences of structure parameter and material attributes of coating and thermal conductivity of high conductivity carbon material on thermal protection are discussed. The highest temperature of the nosetip decreases with thermal conductivity of coating increasing to a steady value and descends with blackness level of coating ascending and increases with the thickness of coating increasing, and it descends in parabola form as thermal conductivity of carbon materials increases.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 90916018)和高等学校博士学科点专项科研基金 (批准号: 200899980006)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 90916018), and the Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China (Grant No. 200899980006).
    [1]

    Yan C, Yu J J, Li J Z 2006 Acta Aero. Sin. 24 125 (in Chinese) [阎超, 禹建军, 李君哲 2006 空气动力学学报 24 125]

    [2]

    Li P F, Wu S P 2010 J. Aero. Power 25 1705 (in Chinese) [李鹏飞, 吴颂平 2010 航空动力学报 25 1705]

    [3]

    Sun J, Liu W Q 2011 Acta Aeron. Astron. Sin. 32 1622 (in Chinese) [孙健, 刘伟强 2011 航空学报 32 1622]

    [4]

    David E 1998 NASA CR-1998-208962

    [5]

    David E 1998 NASA CR-1998-207642

    [6]

    Chen L Z, Ou D B, Liu D Y 2009 Frontier Sci. 2 41 (in Chinese) [陈连忠, 欧东斌, 刘德英 2009 前沿科学 2 41]

    [7]

    Jiang G Q, Ai B C, Yu J J, Chen L Z 2008 11th Countrywide Heat Pipe Conference Weihai September 7-11 72 (in Chinese) [姜贵庆, 艾邦成,俞继军, 陈连忠 2008 第十一届全国热管会议 威海 9月7-11日72]

    [8]

    Wang Z L, Liang J G, Tang D W, Zhu Y T 2008 Acta Phys. Sin. 57 3391 (in Chinese) [王照亮, 梁金国,唐大伟, Y. T. Zhu 2008 物理学报 57 3391]

    [9]

    Hou Q W, Cao B Y, Guo Z Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 7809 (in Chinese) [侯泉文, 曹炳阳, 过增元 2009 物理学报 58 7809]

    [10]

    Li J W, Liu Y 2005 J. Propulsion Techn. 26 111 (in Chinese) [李军伟, 刘玉 2005 推进技术 26 111]

    [11]

    Tao W Q 2001 Numerical Heat Transfer (Xi' an: Xi' an Jiaotong University Press) p176 (in Chinese) [陶文铨 2001 数值传热学 (西安:西安交通大学出版社) 第176页]

    [12]

    Dechaumphi P, Thornton P E, Wieting A R 1989 AIAA-26055-793

  • [1]

    Yan C, Yu J J, Li J Z 2006 Acta Aero. Sin. 24 125 (in Chinese) [阎超, 禹建军, 李君哲 2006 空气动力学学报 24 125]

    [2]

    Li P F, Wu S P 2010 J. Aero. Power 25 1705 (in Chinese) [李鹏飞, 吴颂平 2010 航空动力学报 25 1705]

    [3]

    Sun J, Liu W Q 2011 Acta Aeron. Astron. Sin. 32 1622 (in Chinese) [孙健, 刘伟强 2011 航空学报 32 1622]

    [4]

    David E 1998 NASA CR-1998-208962

    [5]

    David E 1998 NASA CR-1998-207642

    [6]

    Chen L Z, Ou D B, Liu D Y 2009 Frontier Sci. 2 41 (in Chinese) [陈连忠, 欧东斌, 刘德英 2009 前沿科学 2 41]

    [7]

    Jiang G Q, Ai B C, Yu J J, Chen L Z 2008 11th Countrywide Heat Pipe Conference Weihai September 7-11 72 (in Chinese) [姜贵庆, 艾邦成,俞继军, 陈连忠 2008 第十一届全国热管会议 威海 9月7-11日72]

    [8]

    Wang Z L, Liang J G, Tang D W, Zhu Y T 2008 Acta Phys. Sin. 57 3391 (in Chinese) [王照亮, 梁金国,唐大伟, Y. T. Zhu 2008 物理学报 57 3391]

    [9]

    Hou Q W, Cao B Y, Guo Z Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 7809 (in Chinese) [侯泉文, 曹炳阳, 过增元 2009 物理学报 58 7809]

    [10]

    Li J W, Liu Y 2005 J. Propulsion Techn. 26 111 (in Chinese) [李军伟, 刘玉 2005 推进技术 26 111]

    [11]

    Tao W Q 2001 Numerical Heat Transfer (Xi' an: Xi' an Jiaotong University Press) p176 (in Chinese) [陶文铨 2001 数值传热学 (西安:西安交通大学出版社) 第176页]

    [12]

    Dechaumphi P, Thornton P E, Wieting A R 1989 AIAA-26055-793

  • [1] 苗钰钊, 唐桂华. 非封闭式热斗篷热防护特性. 物理学报, 2024, 73(3): 034401. doi: 10.7498/aps.73.20231262
    [2] 安盟, 孙旭辉, 陈东升, 杨诺. 石墨烯基复合热界面材料导热性能研究进展. 物理学报, 2022, 71(16): 166501. doi: 10.7498/aps.71.20220306
    [3] 高效伟, 丁金兴, 刘华雩. 有限线法及其在流固域间耦合传热中的应用. 物理学报, 2022, 71(19): 190201. doi: 10.7498/aps.71.20220833
    [4] 范佳锟, 王洁, 高勇, 游志明, 王盛, 张静, 胡耀程, 许章炼, 王斌. 超级质子-质子对撞机中束流热屏的热-结构耦合模拟分析. 物理学报, 2021, 70(1): 012901. doi: 10.7498/aps.70.20200830
    [5] 胡兵, 郁殿龙, 刘江伟, 朱付磊, 张振方. 流固耦合声子晶体管路冲击振动特性研究. 物理学报, 2020, 69(19): 194301. doi: 10.7498/aps.69.20200414
    [6] 李晓丽, Sun Jian-Gang, 陶宁, 曾智, 赵跃进, 沈京玲, 张存林. 非线性拟合方法用于透射式脉冲红外技术测试碳/碳复合材料的热扩散系数. 物理学报, 2017, 66(18): 188702. doi: 10.7498/aps.66.188702
    [7] 吴晓笛, 刘华坪, 陈浮. 基于浸入边界-多松弛时间格子玻尔兹曼通量求解法的流固耦合算法研究. 物理学报, 2017, 66(22): 224702. doi: 10.7498/aps.66.224702
    [8] 刘梦珂, 张辉, 范宝春, 韩洋, 归明月. 电磁控制两自由度涡生振荡的机理研究. 物理学报, 2016, 65(24): 244702. doi: 10.7498/aps.65.244702
    [9] 史冬岩, 王志凯, 张阿漫. 任意复杂流-固边界的格子Boltzmann处理方法. 物理学报, 2014, 63(7): 074703. doi: 10.7498/aps.63.074703
    [10] 孙健, 刘伟强. 高超声速飞行器前缘疏导式热防护结构的实验研究. 物理学报, 2014, 63(9): 094401. doi: 10.7498/aps.63.094401
    [11] 李明林, 林凡, 陈越. 碳纳米锥力学特性的分子动力学研究. 物理学报, 2013, 62(1): 016102. doi: 10.7498/aps.62.016102
    [12] 孙健, 刘伟强. 高超声速飞行器热管冷却前缘结构一体化建模分析. 物理学报, 2013, 62(7): 074401. doi: 10.7498/aps.62.074401
    [13] 孙东科, 项楠, 陈科, 倪中华. 格子玻尔兹曼方法模拟弯流道中粒子的惯性迁移行为. 物理学报, 2013, 62(2): 024703. doi: 10.7498/aps.62.024703
    [14] 聂涛, 刘伟强. 高超声速飞行器前缘流固耦合计算方法研究. 物理学报, 2012, 61(18): 184401. doi: 10.7498/aps.61.184401
    [15] 危卫, 鲁录义, 顾兆林. 风沙运动的电场-流场耦合模型及气固两相流数值模拟. 物理学报, 2012, 61(15): 158301. doi: 10.7498/aps.61.158301
    [16] 孙健, 刘伟强. 翼前缘层板对流冷却结构的防热效果分析. 物理学报, 2012, 61(12): 124701. doi: 10.7498/aps.61.124701
    [17] 孙健, 刘伟强. 内嵌定向高导热层疏导式结构热防护机理分析. 物理学报, 2012, 61(12): 124401. doi: 10.7498/aps.61.124401
    [18] 陈雁萍, 王传兵, 周国成. 损失锥-束流分布电子驱动的回旋激射不稳定性. 物理学报, 2005, 54(7): 3221-3227. doi: 10.7498/aps.54.3221
    [19] 张瑞峰, 葛春风, 王书慧, 胡智勇, 李世忱. 熔锥型全波耦合器. 物理学报, 2003, 52(2): 390-394. doi: 10.7498/aps.52.390
    [20] 卷头语. 物理学报, 1953, 9(1): 1-1. doi: 10.7498/aps.9.1
计量
  • 文章访问数:  5782
  • PDF下载量:  571
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-12-29
  • 修回日期:  2012-02-13
  • 刊出日期:  2012-09-05

/

返回文章
返回