高超声速飞行器舵面作动器舱环境设计及应用.pdf

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1、航空学报Dec．252016V01．37No．S1$46．$52ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．ca高超声速飞行器舵面作动器舱环境设计及应用潘立新*，杨家勇，王曼，孔斌中航工业成都飞机设计研究所，成都610091摘要：针对高超声速飞行器热结构区域作动器舱环境控制相关技术进行研究，包括耐热结构可重复使用防热设计、外部热结构的作动器舱热防护构型设计和作动器舱

2、动密封设计等。根据舱体的不同部位采用隔热式、辐射式和热沉式的防热构型，而作动器与舱体的运动间隙密封则采用一体式动密封构件。通过隔热特性分析、承载能力分析和热设计仿真分析等手段，优选出合理的热防护系统的适用参数。关键词：隔热；动密封；热设计；热结构；仿真中图分类号：V423．4+2文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)S1一$46—07随着航空航天技术的飞速发展，可重复使用高超声速飞行器成为世界航空航天领域的重要发展方向。这类飞行器在使用过程中要经历高超声速的飞行过程，其大部分外表面都要经受强烈

3、的气动加热。并且为了控制飞行器的飞行姿态，这类飞行器一般设有作动器操控的舵面，而作动器的正常使用温度范围一般在一50～120℃，因此，必须对作动器舱进行热防护，保证作动器的正常使用。本文主要针对高马赫数飞行器作动器舱的热防护进行研究，由于该舱体位于热结构区域，针对舱体的环境控制、动密封相关技术进行研究，可解决作动器舱气动加热的问题。1研究内容1．1作动器舱热防护的特点和难点1)耐热结构可重复使用防热设计技术。2)外部热结构的作动器舱热防护构型设计。3)作动器舱动密封设计。4)耐热结构与防热设计技术的应用。其中

4、在耐热结构可重复使用防热设计技术和外部热结构的作动器舱热防护构型设计所涉及的临近空间飞行器的耐热结构热设计与防热设计方面，成熟的、可以借鉴的设计准则较少。1．2作动器舱热环境本研究涉及的飞行器结构的表面温度在350℃左右，而舵面作动器的正常使用温度范围在一50～120℃，作动器位于机翼主翼面后缘、垂尾后缘、机身尾部上下位置的热结构区域，热结构材料主要为钛合金。另外作动器需要推动舵面运动，作动器撑杆需要在舱体侧壁开孔，孔壁与撑杆有相对运动，必须留有间隙，这个间隙也会有热交换。2国内外舱体热防护技术发展现状2．1

5、国内外成熟的热防护技术国内较为成熟的通用热防护系统的热防护技收稿日期：2016—04—20；退修日期：2015—05—16；录用日期：2016—05—26；网络出版时间：2016—06—1214：16网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20160612．1416．014．html*通讯作者．Tel．：028—65020375E—mail：331826698@qq．com锇甩格武；潘i新．杨家勇．I曼．等．高超声速飞行器舵面作动器艇环境设计及应角￡JI．航空学报，

6、2016，37(SI)：S46一,952，PANLX，YANGJY，WANGM，eta1．Cabinenvironmentdesignandapplicationforhypersonicvehicle[JJ．ActaAeronauticaetAstro-nauticaSinica，2016，37(S1)：S46-S52．潘立新，等：高超声速飞行器舵面作动器舱环境设计及应用S47术主要包括3类阻“，如表1所示。而在动密封方面，美国X一38飞行器采用金属橡胶条的方式来密封舵面前缘与固定结构之间的间隙睁7

7、，如图

8、1所示。表1热防护系统性能比较r。41Table1Performancecomparisonofthermalprotectionsystems[1‘4]图1X一38飞行器的动密封示意图Fig．1SchematicofmotivesealofX一38aircraft2．2国外类似作动器舱的热防护技术国外类似的飞行器有13-21和SR一71等，其中D-21与本文研究的飞行器的使用要求类似。D-21飞机是Ma>3的高空高速飞机，气流滞止温度达到440℃，外蒙皮温度在320～360oC之间。为了解决高温问题，它主要

9、采取了如下措施：1)隔热层为减少外蒙皮热的传进，在升降舵机舱内壁，都设置有厚度为3～4mm的泡沫硅橡胶粘结玻璃布的隔热层，密封十分严密。为了不至于使发动机舱的热大量传进方向舵机舱内，在两舱交界处设置厚度为40mm的超细玻璃棉和厚度为10．5ITIITI的石棉板作为隔热层。另一方面，将主干线导管置于机翼的石棉板蜂窝结构里或采用其他隔热措施。2)利用喷射冷却液或冷却气为了降低附件的温度，在左右侧升降舵的