samcef 热烧蚀及热固耦合分析

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1、热烧蚀专业解决方案SamcefMecano客户和应用案例EADSAstrium公司曾作为协助方之一与LMSSAMTECH公司合作开发了Amaryllis软件，而后不断帮助Amaryllis软件在整个欧洲航天领域中的推广和使用，并且极其欣赏Amaryllis软件分析结果的精确性给EADSAstrium宇航研究带来的便利。如今Amaryllis软件已在其热防护领域被大范围使用，而最初时EADS集团利用Amaryllis软件进行仿真实验相关性分析时就已经对软件的计算能力和精确性赞叹不已。在AURORA返回舱烧蚀热防护设计项目中，AURORA返回舱

2、结构呈倒置的伞状，返回舱在中心的球罐结构中被保护起来，再入大气层速度高达13km/s，热流达6~9MW/m2。EADSASTRIUM采用SAMCEFAmaryllis和BOSSQuattro相结合的方式，进行了热防护材料的优化选择和厚度设计，在考虑重量、温度和烧蚀厚度等约束的情况下，实现了返回舱不同部位分布采用不同材料的优化设计方案烧蚀样件实验示意图图中所示，样件在等离子束喷射的环境下进行试验，样件为轴对称结构，另外就是需要考虑等离子束的偏离入射。实验进行之后，用户测量了样件的几何尺寸变化、残渣、气体量及能量，并从中评估了此烧蚀材料的各项主

3、要性能指标。而后开始在Amaryllis环境下建模并完成热解烧蚀计算，下图中是建模时输入的烧蚀材料密度分布，以及计算结果烧蚀结束时的温度和材料密度分布。1热烧蚀专业解决方案样件2D轴对称初始模型样件2D轴对称模型（网格已退化）计算结果温度分布（左）及密度分布（右）瞬态过程中随驻点压力变化的温度历程曲线及物质消耗率曲线与实验结果的对比而后，EADSAstrium使用Amaryllis软件负责欧洲AURORA返回舱项目中对烧蚀热防护结构的分析。AURORA返回舱结构呈倒置的伞状，返回舱在中心的球罐里被保护起来。AURORA返回舱热防护结构示意图

4、2热烧蚀专业解决方案AURORA返回舱热流加载AURORA返回舱烧蚀结果温度分布不同位置处温度历程曲线3热烧蚀专业解决方案网格退化过程不同位置表面结点位移曲线出于保密原因，不便将此处各项实验结果展示。但是各项结果的精度均让EADS和其他用户非常满意。MBDA案例-导弹弹头热防护设计MBDA是欧洲著名的导弹及防务系统设计制造商，其对导弹的热防护研究水平处于世界前列。弹道导弹，尤其是弹头位置，热防护工作至关重要，MBDA导弹弹头热防护设计采用的分析工具也是SAMCEFAmaryllis。下面介绍MBDA集团利用SAMCEFAmaryllis进行

5、导弹弹头热烧蚀建模和分析的案例（此处几何模型被简化）MBDA弹头热防护实验及建模示意3此处使用的材料为碳化复合材料，密度大约1925kg/m。对弹头位置，需要考虑对流换热、辐射换热，以及在很强压力下的化学和机械烧蚀作用。4热烧蚀专业解决方案有限元网格模型及材料化学烧蚀速率特性曲线瞬态模拟中不同位置的热交换系数和热焓随时间和位置变化的曲线输入了复杂的材料特性参数以及其他边界条件后，Amaryllis为MBDA集团提供了所关心的完整的仿真结果。烧蚀结束时的温度场及不同位置处温度变化曲线5热烧蚀专业解决方案烧蚀结束时的几何形态及不同位置处位移变化

6、曲线欧盟第七科技框架计划（FP7）项目（AEROcaptureforFuturespAcetranSporTation）AEROFAST项目是欧盟第七科技框架计划项目，旨在设计一种航天器，能够用于人类探索太阳系，作为一种先进的运输工具，实现人或物在月球、火星或GEO、LEO卫星与地球间的往返运输。要设计这样的一种航天器，热防护系统就显得尤为重要。在AEROFAST项目中，热防护系统采用酚醛树脂复合材料，承受组分为CO2的火星大气层热流环境，采用SAMCEFAmaryllis软件进行热烧蚀分析，分析模型采用3D热烧蚀模型。6热烧蚀专业解决方案

7、AURORA返回舱热防护设计EADSASTRIUM作为SamcefSupervisor软件的开发合作方，也是软件的忠实用户。SamcefSupervisor被广泛用于EADSASTRIUM的多个火箭和再入航天器的热防护设计项目。在AURORA返回舱热防护设计项目中，AURORA返回舱结构呈倒置的伞状，返回舱在中心2的球罐里被保护起来，再入大气层速度高达13km/s，热流达6-9MW/m。EADSASTRIUM采用SamcefSupervisor和BossQuattro相结合，进行热防护材料的优化选择和厚度设计，在考虑重量、温度和烧蚀厚度的约

8、束情况下，最终实现了返回舱不同部位分布采用不同材料的优化设计方案。太阳能帆板展开机构热固耦合分析对于太阳能翻帆板展开机构的分析，如何保证机构的可靠性并防止展开过程中与周围部件产生