金属热防护系统边缘热短路研究.pdf

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1、第31卷第5期2010年5月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINlCAV01．31No．5Mav2010文章编号：1000—6893(2010)05—1080—06金属热防护系统边缘热短路研究解维华1，孟松鹤1，杜善义1，韩杰才1，张博明2(1．哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所，黑龙江哈尔滨150080)(2．哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150080)StudyonEdgeHeatShortsofMetallicThermalProtectionSystem

2、sXieWeihual，MengSonghel，DuShanyil，HanJiecail，ZhangBomin92(1．CenterforCompositeMaterialsandStructure，HarbinInstituteofTechn0109Y，Harbin150080。China)(2．SchoolofMaterialScienceandEngineering，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150080。China)摘要：研究了金属热防护系统(TPS)的缝隙辐射及

3、支架两大热短路问题。通过数值计算分析了缝隙宽度和缝隙辐射率对热短路的影响，完成了整体样件以及阵列组合件的稳态传热实验测试，定量地研究了热短路的影响情况。实验结果显示：支架处热短路现象明显，实验中支架引发的热短路温差高达50K；在773K以下，缝隙传热引发的温升随着缝隙宽度的增加而线性增加；在773K以上，辐射热传导在缝隙宽度超过3mm时即成为内部传热的主导机制，这时缝隙传热引发的温升不再随宽度增加而线性递增。所提供的数值分析和实验方法可为金属热防护系统的分析与设计提供重要的参考价值。关键词：热防护材料；热辐射；热

4、短路；缝隙宽度；热防护阵列中图分类号：V435+．14文献标识码：AAbstract：ThetWOmajorheatshortproblemsofgapradiationandbracketsinmetallicthermalprotectionsys—tem(TPS)arestudiedinthisarticle．NumericalanalysisiscarriedouttOevaluatetheinfluenceofgapwidthandemissivityonheatshorts．Aseriesofstea

5、dyheattransferexperimentsonTPSsampleandarrayiscomple-ted，andtheinfluenceofheatshortsonperformanceofTPSisstudiedquantificationally．Theexperimentalre-suitsshowthatheatshortsOccuratthesiteofbrackets。andtheresultingtemperaturedifferenceisashighas50K．Whenthetemper

6、atureislowerthan773K。thetemperaturedifferenceinducedbygapheattransferin-creaseslinearlyasthegapwidthbecomeslarger．Whenthetemperatureishigherthan773K，however，theradiationphenomenonbecomesadominantfactorinfluencingthemechanismsofheattransferasthegapwidthislarge

7、rthan3mm．Andthetemperaturedifferencedoesnotchangelinearlyasthegapwidthincreases．Thenumericalandexperimentalmethodspresentedinthisstudycanprovidesomereferenceforthedesignandanal—ysisofmetallicTPS．Keywords：thermalinsulatingmaterials；heatradiation；heatshorts}gap

8、width；TPSarray金属热防护系统(ThermalProtectionSystem，TPS)特有的可设计性和低维护成本使其成为重复使用运载飞行器的一种主要防热形式[1]。但金属TPS与其他毡、瓦式防热材料／结构类似，都是通过拼接的方式覆盖在飞行器外表面形成防护层，因此防热结构件间的缝隙不可避免，由此引发的热短路问题不容忽视。这里的热短路是指：在防热结构的边缘或连接