高超声速飞行器仪器舱防隔热与热控一体化分析

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1、硕士学位论文高超声速飞行器仪器舱防隔热与热控一体化分析COUPLEDANALYSISOFTHERMALPROTECTIONANDTHERMALCONTROLOFHYPERSONICVEHICLES陈南施哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK123学校代码：10213国际图书分类号：621.1.016.7密级：公开工程硕士学位论文高超声速飞行器仪器舱防隔热与热控一体化分析硕士研究生：陈南施导师：夏新林教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classifi

2、edIndex:TK123U.D.C:621.1.016.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringCOUPLEDANALYSISOFTHERMALPROTECTIONANDTHERMALCONTROLOFHYPERSONICVEHICLESCandidate：ChenNanshiSupervisor：Prof.XiaXinlinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceinEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAff

3、iliation：SchoolofEnergySci.&Eng.DateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要高超声速飞行器，有着很高的军事利用价值和潜在的经济价值，可以对超远距离的目标进行精确打击，可将上千公里的打击时间缩小到数十分钟。高超声速飞行器面临着严酷的热环境，阻碍其研制和发展。寻求一种快速有效的防隔热与舱内系统热控一体化分析的方法，逐渐成为高超声速领域的发展趋势。本文以高超声速飞行器仪器舱舱内热环境为基准，

4、以高超声速飞行器防隔热层和仪器舱舱内系统为研究对象，开展高超声速飞行器防隔热与舱内系统热控一体化仿真方法研究，建立高超声速飞行器热网络法计算模型，进行不同工况下高超声速飞行器仪器舱舱内热环境仿真分析。主要研究内容如下：首先，针对高超声速飞行器热量的产生与传递，探究高超声速飞行器仪器舱舱内热环境的形成机制。探究高超声速飞行器热分析的基本原理和涉及到的数学表达式与基本控制方程，以及热网络法的计算原理和控制方程。其次，开展不同传热方式下基于热网络法的SINDA/FLUINT软件与FLUENT软件的防隔热与舱内系统热环境一体化的对比仿真计算，对四

5、种不同工况条件分别进行计算差异对比分析，探究对流换热和辐射换热所占耦合换热的比重。进行了高超声速飞行器防隔热与舱内系统的热控一体化仿真方法研究。再次，探究热壁热流气动热边界的计算方法，开展防隔热层与仪器舱舱内系统一体化仿真网格合理性验证，分析仪器舱舱内热环境网格与防隔热层网格的兼容性。根据高超声速飞行器整体结构特点，建立高超声速飞行器三维几何模型，对其进行相应的简化，并进行了网格划分和网格无关性验证，建立高超声速飞行器热网络法计算模型。最后，进行高超声速飞行器前仪器舱、中仪器舱和后仪器舱的三维动态热环境仿真，获取高超声速飞行器结构和设备等

6、关键部位的温度分布，评估不同舱段舱内的温度环境，分析影响舱内热环境的各种因素。开展针对高超声速飞行器舱内热环境的压力特性研究，分析随舱内压力的变化对舱内温度分布的影响。开展针对飞行器舱内热环境的发射率特性研究，分析随发射率的变化对舱内温度分布的影响，进行了高超声速飞行器红外辐射仿真，计算红外辐射强度分布。关键词：高超声速飞行器；仪器舱；热环境；热分析；防隔热；热控；数值模拟IAbstractAbstractThehypersonicaircrafthasthehighmilitaryvalueandpotentialeconomicval

7、ue,whichcanhittargetsatgreatdistanceswithprecisionandreducethehittimetotensofminutes.Hypersonicaircraftsarefacingseverethermalenvironment,whichhinderstheirdevelopment.Itisadevelopingtrendinhypersonicfieldtoseekafastandeffectivemethodfortheintegratedanalysisofthermalprotec

8、tionandthermalcontrolofcabinsystem.Basedonthermalenvironmentininstrumentcompartmentcabinofhypers