【摘 要】
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高温合金蜂窝板由于质轻、隔热性能好和高比强度等优点,被大面积使用在高超声速飞行器金属热防护结构(MTPS)的最外面层。作为热防护系统主要承载和防隔热部件,其直接面临着高温
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高温合金蜂窝板由于质轻、隔热性能好和高比强度等优点,被大面积使用在高超声速飞行器金属热防护结构(MTPS)的最外面层。作为热防护系统主要承载和防隔热部件,其直接面临着高温和容易受到高速冲击的恶劣环境。所以研究其传热性能和冲击性能,对蜂窝板结构设计和MTPS的热设计等方面具有重要意义。针对气动加热和高速冲击试验周期长、费用高等特点,本文以自制镍基高温合金蜂窝板为研究对象,通过数值模拟技术对蜂窝板的传热和冲击性能进行了研究。 在稳态传热方面,提出了蜂窝板三个方向有效热传导率的理论计算方法和面内有效热传导率数值计算方法。并将理论计算结果与S-P经验公式和数值模拟计算值进行了对比分析。发现本文采用杰勃哈特方法计算腔内辐射换热有较高的精度,但蜂窝板面内热传导具有很强的维度效应,简化成一维或二维将带来较大的误差。 在瞬态传热方面,本文基于ANSYS的APDL程序语言建立了气动加热载荷下蜂窝板温度响应的参数化有限元分析模型,并编写了相关程序。实现了快速、方便的研究蜂窝板各参数对其瞬态传热性能的影响。模拟结果表明:减小腔内各面黑度,增加高径比,减小侧壁厚度都能提高蜂窝板的瞬态隔热性能,而上下面板厚度对蜂窝板瞬态隔热性能影响非常小。 最后对蜂窝板的高速冲击性能进行了初步探讨,主要是基于LS-DYNA研究总结了小球分别以1km/s、2km/s、3km/s冲击蜂窝板,蜂窝板的动态响应以及损伤规律。发现增加蜂窝板的高径比可以减轻其高速冲击下的损伤。
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