波纹夹层板一体化热防护系统多级优化方法研究

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1、中图分类号：V415.4论文编号：102870117-SZ046学科分类号：085232硕士学位论文波纹夹层板一体化热防护系统多级优化方法研究研究生姓名胡秋野专业类别工程硕士专业领域航空工程指导教师王志瑾教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一七年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringMultilevelOptimizationofCorrugated-CoreIntegrateThermalProtectionSystemAThe

2、sisinAreospaceEngineeringbyHuQiuyeAdvisedbyProf.WangZhijinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2016承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部

3、分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文摘要热防护技术是再入航天器关键技术之一。现有的热防护系统不具备承载能力，仅覆盖在飞行器外表面承担隔热作用，给飞行器带来了很多附加的质量。由此，研究人员们提出了一体化热防护系统概念，即热防护系统既能隔热又能参与机体结构传力，由此简化机体结构设计，提升结构的重量效率。进几年，越来越多的研究开始指向波纹夹层板一体化热防护结构方案，从数值仿真、胞元样件试验等方面，初步验证了这种方案设计的合理性。这些研究都采用类似于

4、针对传统热防护系统的分析方法，将波纹板结构单独孤立出来分析，并没有将其置于机体整体结构中分析。这样就忽略了一体化热防护结构的传力特性，在分析中没有考虑机体整体结构载荷的影响。本文以波纹夹层板一体化热防护结构为研究对象，建立了二级优化模型，实现了再入航天器机翼内部结构与外部波纹板热防护结构的同步优化。二级优化模型由波纹夹层板结构热防护结构局部优化和机翼结构整体优化两部分组成。波纹板结构局部优化以局部热分析与局部力学分析的结果为约束条件，引入等效刚度概念，得到了等效刚度与该刚度下最小质量的对应关系。再将该对应关系代入机翼整体结构模型分析，最终得到最优的机翼内部结构参数与覆盖于机翼表面的波

5、纹板结构参数。采用该方法时，波纹板的结构参数优化结果是基于机翼整体模型的力学响应，而非局部结构的分析结果，这是该方法与前人所采取方法的最大区别。关键词：一体化热防护结构，波纹夹层板，结构热分析，等效刚度，结构尺寸优化I波纹夹层板一体化热防护系统多级优化方法研究ABSTRACTThermalprotectionsystem(TPS)playsavitalroleinthedesignofre-entryspacevehicle.Theexistingthermalprotectionsystemhasnoloadbearingability.Thethermalprotectionsy

6、stemcoversthevehicle’sstructure,whichleadstomuchadditionalweight.Therefore,ideaofintegratethermalprotectionsystem(ITPS)isproposed.ITPShasboththermalprotectionaswellasloadbearingcapabilities.BytheapplicationofITPS,thestructureofvehiclecanbesimplifiedandtheweightefficiency.Inrecentyears,muchresea

7、rchhasbeendoneonITPS,whichfocusonnumericalsimulationandexperimentforcellstructure.TheseworksvalidatethefeasibilityofITPS.ButalltheseworkarebasedontraditionalanalysismethodsonconventionalTPS.Thesetraditionalmethodsfocusonthelocalth