主动冷却皱褶芯材夹层板的热力分析-论文.pdf

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1、固体火箭技术第37卷第4期JournalofSolidRocketTechnologyVo1．37No．42014主动冷却皱褶芯材夹层板的热力分析①周晨，王志瑾，支骄杨(南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室，南京210016)摘要：提出了一种将皱褶芯材夹层板与主动冷却相结合的承载一热防护一体化结构形式。以煤油为冷却液，在强迫对流条件下，采用数值仿真方法对V一型和M．型皱褶芯材夹层板的热力响应进行了研究。首先，建立了主动冷却皱褶芯材夹层板的三维流固耦合模型，应用共轭传热数值计算方法，求解获得了冷却液和结构的温度场；采用顺序耦合求解，得到了相应的结

2、构应力场和变形场。结果表明，实施主动冷却后皱褶结构的换热性能明显提高；沿流向温度上升，并呈现周期性波动；结构的皱褶在加强对流换热的同时，也导致了应力集中。芯材胞元拓扑构型及几何尺寸对结构的换热性能和应力应变具有一定程度的影响。与V．型相比，M-型皱褶结构的应力集中现象得到了较大缓解。关键词：皱褶芯材；主动冷却；热防护；流固耦舍中图分类号：V414．9文献标识码：A文章编号：1006—2793(2014)04—0545—06DoI：10．7673／j．issn．1006-2793．2014．04．022Thermal—mechanicalanalysisofac

3、tivelycooledfoldedcoresandwichpanelsZHOUChen，WANGZhi-jin，ZHIJiao—yang(MinisterKeyDisciplineLaboratoryofAdvancedDesignTechnologyofAircraft，NanjingUniv．ofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：Amuhifunetionalsandwichpanelwithfoldedcellularcoreswasproposedforactivelyco

4、oledload—beatingcomponentsinaerospacethermalprotectionsystems．Thermal—mechanicalresponsesofV—typeandM—typefoldedcoresandwichpanelssubjectedtoforcedconvectionusingkeroseneasacoolantwerestudiednumerically．First，a3Dfluid—solidcouplingmodelwasestablishedandthetemperaturefieldsoffluidand

5、structurewerecomputedusingtheconjugateheattransfermode1．Subsequently，thethermalstressanddeformationofstructurewereobtainedviasequentialcouplingmethod．Theresultsshowthattheheattransferperform—ancesoffoldedcoresandwichpanelsareevidentlyimprovedthroughactivecooling．Thetemperatureincrea

6、sesalongtheflowdirec·tionandpresentsaperiodicfluctuation．Heatconvectionisreinforcedduetothefoldswhichalsocauseseriousstressconcentrations．Celltopologyandgeometricdimensionshavecertaininfluencesontheheattransfercharacteristicsandthermalstructuralbehavioroftheactivecooledpanels．AM—typ

7、efoldedcoresandwichpanelissuperiortoaV—typeoneforamuchlessseverestressconcentra·tion．Keywords：foldedcore；activecooling；thermalprotection；fluid-solidcoupling0引言统显得更具优势。采用主动冷却不但可在现有比较成高超声速飞行器在穿越大气层时，将遭受强烈的熟的热防护系统基础上进行改进，从而缩短研究和设气动加热，热防护系统保证了飞行器机体结构及内部计的时间，而且具有较高的防热效率。同时，采用主设备的安全，是高超声速

8、飞行器必不可少的重要组成动冷却更容易实