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1、第31卷第5期航空学报Vol131No152010年5月ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAMay2010文章编号:100026893(2010)0521080206金属热防护系统边缘热短路研究11112解维华,孟松鹤,杜善义,韩杰才,张博明(1.哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所,黑龙江哈尔滨150080)(2.哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150080)StudyonEdgeHeatShortsofMetallicThermalProtection
2、Systems11112XieWeihua,MengSonghe,DuShanyi,HanJiecai,ZhangBoming(1.CenterforCompositeMaterialsandStructure,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150080,China)(2.SchoolofMaterialScienceandEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150080,China)摘要:研究了金属热防护系
3、统(TPS)的缝隙辐射及支架两大热短路问题。通过数值计算分析了缝隙宽度和缝隙辐射率对热短路的影响,完成了整体样件以及阵列组合件的稳态传热实验测试,定量地研究了热短路的影响情况。实验结果显示:支架处热短路现象明显,实验中支架引发的热短路温差高达50K;在773K以下,缝隙传热引发的温升随着缝隙宽度的增加而线性增加;在773K以上,辐射热传导在缝隙宽度超过3mm时即成为内部传热的主导机制,这时缝隙传热引发的温升不再随宽度增加而线性递增。所提供的数值分析和实验方法可为金属热防护系统的分析与设计提供重要的参考
4、价值。关键词:热防护材料;热辐射;热短路;缝隙宽度;热防护阵列+中图分类号:V435114文献标识码:AAbstract:Thetwomajorheatshortproblemsofgapradiationandbracketsinmetallicthermalprotectionsys2tem(TPS)arestudiedinthisarticle.Numericalanalysisiscarriedouttoevaluatetheinfluenceofgapwidthandemissivityon
5、heatshorts.AseriesofsteadyheattransferexperimentsonTPSsampleandarrayiscomple2ted,andtheinfluenceofheatshortsonperformanceofTPSisstudiedquantificationally.Theexperimentalre2sultsshowthatheatshortsoccuratthesiteofbrackets,andtheresultingtemperaturediffere
6、nceisashighas50K.Whenthetemperatureislowerthan773K,thetemperaturedifferenceinducedbygapheattransferin2creaseslinearlyasthegapwidthbecomeslarger.Whenthetemperatureishigherthan773K,however,theradiationphenomenonbecomesadominantfactorinfluencingthemechanis
7、msofheattransferasthegapwidthislargerthan3mm.Andthetemperaturedifferencedoesnotchangelinearlyasthegapwidthincreases.Thenumericalandexperimentalmethodspresentedinthisstudycanprovidesomereferenceforthedesignandanal2ysisofmetallicTPS.Keywords:thermalinsula
8、tingmaterials;heatradiation;heatshorts;gapwidth;TPSarray金属热防护系统(ThermalProtectionSystem,过早或过大地出现极值温度。如果机身结构材料TPS)特有的可设计性和低维护成本使其成为重复具有较高的热扩散率,那么由热短路传下来的热量[1]使用运载飞行器的一种主要防热形式。但金属会很快地扩散到整个结构;如果热扩散率相对较TPS与其他毡、瓦式防热材料/结构类似,都是通过低,机身中防热
