基于等效热传导的金属热防护结构尺寸优化设计

《基于等效热传导的金属热防护结构尺寸优化设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、制造技术研究航天制造技术基于等效热传导的金属热防护结构尺寸优化设计董永朋屈强辛健强陈景茂许小静洪文虎（中国运载火箭技术研究院研究发展中心，北京100076）摘要：基于金属热防护结构的等效热传导理论，采用有限元分析软件建立了等效模型，运用热传导分析求解器开展瞬态热传导分析。结果表明：建立的等效热传导模型可以准确地模拟金属蜂窝的温度场分布情况，相差不超过2.0%。采用等效模拟方法，对金属热防护结构的几何尺寸，包括上下壁板厚度、蜂窝芯壁厚、蜂窝芯高度以及蜂窝内切圆直径等设计变量开展尺寸优化设计，获得了满足温度等约束条件的最优解。优化后金

2、属热防护结构重量下降了40%，减重效果明显。关键词：金属热防护结构；等效模型；热传导分析；尺寸优化设计SizingOptimizationDesignofMetallicThermalProtectionStructurebasedonEffectiveHeatTransferModelDongYongpengQuQiangXinJianqiangChenJingmaoXuXiaojingHongWenhu(ResearchandDevelopmentCenter,ChinaAcademyofLaunchVehicleTechno

3、logy,Beijing100076)Abstract：Basedontheeffectiveheattransfertheory,theeffectivefiniteelementmodelswereestablishedtosimulatethetransientheattransferformetallicthermalprotectionstructure.Theresultsshowthattheeffectivemodelcouldexactlysimulatethetemperaturefieldoftherealm

4、etallichoneycombmodelandthemostdifferencewas2.0%.Furthermore,theeffectivemethodwasusedtooptimizationdesignthesizingofthemetallicthermalprotectionstructure.Thedesignvariableswerethicknessofupperanddownpanels,thewallthicknessofmetallichoneycomb,theheightofmetallichoneyc

5、ombandtheinscribedcirclediameterofmetallichoneycomb.Throughtheiterativecalculationbytheoptimizationalgorithm,theoptimizedresultwasobtainedfinally.Comparedwiththeformer,theweightofmetallicthermalprotectionstructurewasreducedby40%.Keywords：metallicthermalprotectstructur

6、e；effectivemodel；heattransferanalysis；sizingoptimizationdesign1引言准模型。CarlC.Poteet[4]等提出了一种适合于金属热防护结构尺寸预估的设计流程，通过一维有限元模型可高超声速飞行器再入大气层过程中，需要经受严快速获得满足约束条件的金属热防护结构最佳尺寸；酷的环境考验。金属热防护结构能够承受高温冲击，梁伟[5]等基于辐射和传导耦合作用，分析了蜂窝芯结构具有较高的比强度、比刚度和便于拆卸维修等优点，的传热性能，讨论了蜂窝尺寸对结构温度场的影响；在航天运输系统中得

7、到广泛应用[1，2]。景丽[6]等针对金属蜂窝夹芯板，研究了其在气动加热条目前，大量文献针对金属热防护结构的分析和设件下的非稳态传热行为，发展形成了求解辐射导热耦计工作开展了详细研究。NarendraD.Kaushika[3]等研究合传热问题的数值方法；解维华[7]等对重复使用飞行器了蜂窝结构的热传导模型，提出了计算蜂窝传热的标金属热防护系统开展有限元分析与设计，使用二维热基金项目：国家自然科学基金经费资助（11572353，51572298，11502306）；国防基础科研计划基金（JCKY2013601B）。作者简介：董永朋（

8、1985-），工程师，工程力学专业；研究方向：航天器热防护结构设计与分析。收稿日期：2016-06-285制造技术研究2016年8月第4期分析模型和三维承载分析模型，实现了传热和承载分蜂窝芯高度；Pr为普朗特数。析耦合计算。然而，由于金属热防护结构