金属热防护系统隔热材料的发展与现状

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1、维普资讯http://www.cqvip.com2006年第4期导弹与航天运载技术NO．420()6总第284期MISSILEANDSPACEVEHCILESumNO．284文章编号：1004．7182(2006)04—0048-05金属热防护系统隔热材料的发展与现状闰长海，孟松鹤，陈贵清，杜善义(哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所，哈尔滨，150080)摘要：对金属热防护系统隔热材料在航天器再入过程中的传热进行了分析，在此基础上，对纤维隔热材料、多层隔热材料和纳米复合材料涂层进行了介绍；比较了3种隔热材料应用到金属热防护系统上的优缺点；最后总结了金属热防护

2、系统隔热材料正向低成本、低质量、低导热系数的方向发展。‘关键词：金属热防护系统；隔热材料；热辐射；航天器‘中图分类号：v45文献标识码：ADevelopmentofInsulationsforMetallicThermalProtectionSystemanditsCurrentStatusYanChanghai，MengSonghe，ChenGuiqing，DuShanyi(CenterforCompositeMaterialsofHarbinInstituteofTechnology，Harbin，150080)Abstract：Havinganalyz

3、edtheheattransferofinsulationsformetallicthermalprotectionsystemduringspacecraftreentry，3kindsofinsulations，includingfibrousinsulation，multi—layerinsulationandnano—compositecoating，areintroduced．Theiradvantagesanddisadvantagesshownwhiletheyareappliedtometallicthermalprotectionsyste

4、msarecompared．Developmenttrendofinsulationsformetallicthermalprotectionsystemwhichislowincost，weightandthermalconductivityissummarized．KeyWords：Metallicthermalprotectionsystem；Insulationmaterial；Thermalradiation；Spacecraft●1_月‘IJ’旨-一示出很强的竞争力，使之很有希望应用到下一代可航天器再入时要以很高的速度进入大气层，在空气重复使用航

5、天器上【2】。以X一33金属热防护系统为例动力的作用下急剧减速，同时其巨大的动能和位能【3(图1)，金属热防护系统是由表面的高温合金蜂转化为巨大的热能，而热防护系统的作用就是尽量窝盖板、隔热材料和内部钛合金蜂窝板3层结构组减少进入航天器内部的热能，使航天器机身及其内成。表面用高温合金蜂窝盖板抵挡在发部部件在合理的温度范围之内正常工作⋯。由此可射和飞行中外来物体的撞击。在飞行器重返大气见，热防护系统是航天器的重要组成部分。目前可时，表面盖板由于受到严重的气动加热，温度最高重复使用航天器一直是各国下一代航天器开发的达1100℃，而由于机身是铝合金制成的，最高设重

6、点，多种可重复使用热防护系统都被设计开发出计温度为176℃，中间隔热材料的作用是隔绝来，其中金属热防护系统的研究和发展都很快并显900℃以上的温差。纤维隔热材料的主要作用是限收稿日期：2005．06．29基金项目：国家自然科学基金(90405016：90205034)作者简介：闰长海(1972．)，男，博士研究生，主要从事航天器热防护系统的研究维普资讯http://www.cqvip.com第4期闫长海等金属热防护系统隔热材料的发展与现状49制进入机体内部的热流密度。对于稳态传热，进入首先必须弄清楚纤维隔热材料在再入过程中的传机体内热流密度可以表示为热机理，

7、这对于纤维隔热材料的研制和改进有指导的意义。口口=：兰一Z一il(1)，‘h2隔热材料在再入段的传热分析式中g为进入机体的热流密度；k为纤维隔热材热量的传递依靠3种基本方式：热传导、热对料的有效导热系数；h为纤维隔热材料的厚度：AT流和热辐射。航天器再入过程中，迎风面表面温为隔热材料上下表面的温度差。度达到1000~1100℃的时间在1200S以上，占再入时间的一半。在这段时间内，压力为1～1OPa[。这时，气体的热对流和热传导可以忽略不计[41。所以再入过程中热量的传递主要有固体热传导和热辐射两种方式。见公式：q=+q，(4)式中g为隔热材料内总的热流密度

8、；为隔热材料里固体热传导的热流密度：g为隔热材料里热