再入航天器防热层∕金属结构热匹配评价方法研究

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1、第22卷第3期航天器工程V01．22No．32013年6月SPACECRAFTENGINEERING113再入航天器防热层／金属结构热匹配评价方法研究李伟杰1刘峰1董彦芝1李小龙2(1北京空间飞行器总体设计部，北京100094)(2中国航天标准化与产品保证研究院，北京100071)摘要概述了在轨温度交变环境下再入航天器防热层／金属结构热匹配的3种评价方法——温度交变试验、热应力理论计算和有限元模型分析。结合工程实际，介绍了3种方法的应用情况和应用特点：温度交变试验可以定性研究温度交变环境及胶层厚度对结构热匹配特性的影响；热应力理论计算能够在一定程度上量

2、化结构热应力等结果；有限元模型分析可以获得结构任意时刻、任意位置的热应力与热变形的量化数据，具有较大的应用优势。通过对比分析，建议采用温度交变试验与有限元模型分析相结合的方法，以实现防热层／金属结构热匹配特性的准确评价，最终验证防热结构方案设计的合理性。关键词再入航天器；防热层；热匹配评价；温度交变环境中图分类号：V423．6文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2013．03．019InvestigationofThermal—matchEvaluationMethodsforTPS／MSAppliedonReent

3、rySpacecraftLIWeijielLIUFen91DONGYanzhilLIXiaolon92(1BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)(2ChinaAcademyofAerospaceStandardizationandProductAssurance，Beijing100071，China)Abstract：Thispaperintroducesthreethermal—matchevaluationmethodsofTPS(thermalprot

4、ec—tionshield)／MS(metalstructure)underin—orbittemperaturealternationcondition，includingtemperaturealternationtest．thermalstresstheoreticalcalculationandFEA(finiteelementanaly—sis)．Inviewoftheengineeringexperience，actualapplicationisfurtherpresentedaccordingtothethreemethodsforth

5、eevaluationofthermalmatchofTPS／MSwhichshowstherespectivecharacteristics．Temperaturealternationtestcanqualitativelyinvestigatetheinfluenceoftemper—atureconditionandbondthicknessonthestructurethermal—matchproperty．Thermalstresstheoreticalcalculationcanquantifythedataofthermalstres

6、stosomeextent．FEAcanprovidethequantificationresults，includingthermalstressanddeformationatanytimeandposition，thatshowgreatapplicationdominance．Basedonthecomparisonandanalysis，suggestionisindicatedintermsofcombinationoftemperaturealternationtestandFEAtoachievetheexactevaluationof

7、thermalmatchofTPS／MSandverifythevalidityofthermalprotectionstructuredesign．Keywords：reentryspacecraft；TPS；evaluationforthermal—match；temperaturealternationcon—dition收稿日期：2012—12—24；修回日期：2013—01—30基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：李伟杰(1981一)，男，博士，研究方向为航天器结构设计与分析。Email：1wjhit@126．tom。114航天器工程1引

8、言烧蚀防热结构利用烧蚀材料在再入过程中发生的物理、化学反应，吸收再入气动热，从而实现再入航天器