空天飞行器热防护系统热短路与控制问题研究.pdf

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1、航天返回与遥感第34卷第1期气9SPACECRA丌RECOVERY&REMOTESENSING2013年2月空天飞行器热防护系统热短路与控制问题研究刘斌-，2吴儒亮-徐绯t(1西北工业大学航空学院，西安710072)(2西北工业大学无人机所，西安710065)摘要空天飞行器盖板式热防护系统(TPs)中存在支架热短路、缝隙辐射热短路问题。用有限元分析软件ABAQUS对这两种情形进行了热分析。结果表明，在再入段典型热载荷下，机体蒙皮各局部的最高温度值相差最大超过100K．机体蒙皮存在局部烧坏的危险。在热防护系统中加入了具有控制热流走向功能的散热片后，结果显示，支架热短路中蒙皮最高温度降低了90．

2、18K，降幅达17．32％，板问缝隙底部最高温度降低了67．97K。在蒙皮局部烧坏危险点上方，散热片很好地控制了热流走向，使热量得到面内方向的分散，机体蒙皮温度分布更加均匀．局部烧坏问题得到了改善。关键词热防护系统热分析热短路散热片空天飞行器中图分类号：V475文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1009-8518．2013．01．007文章编号：1009．8518(2013)01．0052-08ResearchonThermalShort-circuitandItsControlinThermalProtectionSystemforAerospaceVehicleLIUB

3、inl‘2WURulian91XUFeil(1SchoolofAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’all710072，China)(2UAVResearchandDevelopmentCenter，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710065，China)AbstractThermalshort-circuitsatbracketsandgapsbetweentilesalwaysexistintheThermalProtectionSystem(TPS)foraerospac

4、evehicle．ThermalanalysisofthesetwocasesiscompletedbyusingcommercialFEMsoftwareABAQUS．Theresultsshowthatthedifferenceamongthehi曲esttemperaturesindifferentlocationsonthevehicleboayskinisoverlOOK,whichwouldleadtoalocalbumoutdamage．AfterputtingcoolingfinsintotheTPStocontroltheheattransferdirection，newa

5、nalysisresultsshowthatthehighesttemperatureunderthecentralpostdecreasesby90．18Kandthefallingrangeis17．32％．Thetemperatureatthebottomofthegapdecreasesby67．97K．Coolingfinsin11PSoverthebodyskinCancontroltheheattransferdirectionseffectively．Thiskindofcontrolcanmaketheheatdisperseinthefin-planeandmakethe

6、distributionoftemperatureofthebodyskinmoreuniform，whichdecreasesthelocalbumout．Keywordsthermalprotectionsystem(TPS)；thermalanalysis；thermalshort-circuit；coolingfin；aerospacevehicle收稿日期：2012—09—15基金项目：国家自然科学基金(90916027)第1期刘斌等：空天飞行器热防护系统热短路与控制问题研究531引言用于新一代可重复使用运载器(ReusableLaunchVehicle．RLV)t1L一空天飞行器

7、上的非烧蚀耐高温陶瓷基复合材料或金属材料的可重复使用盖板式热防护系统(ThermalProtectionSystem，TPs)∞堤各航空航天大国的研究热点。其中固体连接／支撑结构引起的热短路问题及表面热防护单元间缝隙引起的热短路问题【4l会导致TPS底层被保护机体蒙皮上局部温度过高。对于结构中局部温度过高问题，民用产品中有多种散热方案。其中耗能结构有电子风扇强制热对流[Sl、流体冷循环散热管[61等方案；非耗