陶瓷瓦热防护结构瞬态热响应非耦合计算方法.pdf

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1、第45卷第5期2013年10月南京航JournalofNanjingU空nlV航天大学学报ersityofAeronautics&AstronauticsV01．45No．50ct．2013陶瓷瓦热防护结构瞬态热响应非耦合计算方法李志杰1果琳丽1董素君2王浚2(1．中国空间技术研究院载人航天总体部。北京，100094；2．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京，100191)摘要：利用紧耦合计算方法对高超声速二维圆柱绕流问题进行了计算，验证了计算结果的准确性。分析指出了高超声速飞行器常用刚性或柔性陶瓷瓦类热防护

2、结构具有导热系数小、毕渥数Bt大于100的瞬态热响应特性，提出了忽略气体与固体间耦合效应，假设固体表面温度时时与流体温度保持一致，进而可以按第一类边界条件求解热防护结构内瞬态热响应问题的非耦合计算方法。与刚性陶瓷瓦二维圆管结构紧耦合瞬态热响应计算结果对比研究表明，该方法可以较好地给出该类热防护结构瞬态热响应及非稳态温度分布，满足其厚度设计及气动热预测等实际工程需求，且计算时间仅为紧耦合方法的1／6，具有很好的工程应用价值。关键词：高超声速；气动热；热防护；耦合；CFD仿真中图分类号：V211．3文献标志码：A文章

3、编号：1005—2615(2013)05—0641—06UncoupledApproachofUnsteadyThermalResponseofCeramicThermalProtectionStructureLiZhijiel，GuoLinlil，DongSujun2，WangJun2(1．InstituteofMannedSpaceSystemEngineering，ChinaAcademyofSpaceTechnology，Beijing，100094，China；2．SchoolofAeronauticS

4、cienceandEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing，100191，China)Abstract：Throughtheanalysisofpropertiesofunsteadythermalresponseofceramicthermalprotectionstructure：LowthermalconductivityandBi>100，thecouplingeffectbetweenairandsolidisas

5、sumedtobeignored．Besides，thesurfacetemperatureofsolidisconsideredtobethesamewiththefluidtem—perature，andthenaccordingtotheseconditions，anuncoupledapproachisbroughtforwardtosolvetheunsteadythermalresponseofstructurebyusingthefirstkindboundarycondition．Compared

6、withtheresultsoftightcoupledmethodfortheproblemofatwo—dimensionalcylinderwithhypersonicflow，thisnewuncoupledapproachnotonlyhashighaccuracyintheresultsofthermalresponseandtemperaturedistribution．butalsosavesmuchcomputingtimeandmeetsthepracticaldemandforthedesi

7、gnofstructurethicknessandpredictionofaerodynamicheating，whichshowthismethodhasagreatvalueintheengineeringapplication．Keywords：hypersonic；aerodynamicheating；thermalprotection；coupling；CFDsimulation对高超声速飞行器而言，热防护系统(Ther～malprotectionsystem，TPS)的重量与飞行器有效载荷重量相当，任

8、何能提高TPS结构厚度计算精度、降低TPS重量的改进技术都将对飞行器成本和可靠性有着重大的作用和影响m。因此，准确预测TPS沿飞行包线的瞬态热响应及温度分布具有重要意义。当马赫数不太高(小于6)时，飞行器外表面气动加热过程主要由外表面气流对流加热和热防护结构内部导热两个环节组成‘2‘33。一般认为，这两基金项目：国家自然科学基金(11102010)资助项目。收稿日期：20