碳/酚醛復(fù)合材料作為一種防隔熱一體化材料,主要用于高速飛行器大面積區(qū)域熱防護。熱防護系統(tǒng)占該類飛行器比重較大,其冗余設(shè)計對于整個飛行器的質(zhì)量控制有關(guān)鍵作用。因此準(zhǔn)確地掌握碳/酚醛復(fù)合材料燒蝕特性能夠解決熱防護系統(tǒng)設(shè)計過度冗余或防熱可靠性不足的問題。本文針對典型服役環(huán)境下的體積燒蝕特征,建立了多物理場耦合模型,利用有限元方法實現(xiàn)了體積燒蝕過程的數(shù)值模擬,開展了碳/酚醛復(fù)合材料熱/力學(xué)響應(yīng)特性分析,為具有長時間大面積熱防護需求的高超聲速飛行器的熱防護結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供了建設(shè)性支持。本文主要內(nèi)容包括:對碳/酚醛復(fù)合材料的多物理場耦合機制進行了研究。分析了碳/酚醛復(fù)合材料多場耦合燒蝕過程中的防熱機理,確定了碳/酚醛復(fù)合材料體積燒蝕特征。從燒蝕過程中多場耦合關(guān)系出發(fā),推導(dǎo)了碳/酚醛復(fù)合材料體積燒蝕過程中控制體的能量方程、氣體相擴散方程、熱化學(xué)反應(yīng)速率方程以及固體相的平衡微分方程。利用有限元軟件(COMSOL)求證了碳/酚醛復(fù)合材料多場耦合燒蝕模型,對碳/酚醛復(fù)合材料的燒蝕過程進行了數(shù)值模擬。對低熱流、中等焓值對流熱流載荷作用下材料的溫度場、位移場、熱解氣體孔隙壓力場、材料的熱解程度以及力學(xué)響應(yīng)做出...

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.16防熱材料在飛行器中的應(yīng)用示意圖

防熱材料燒蝕行為和熱響應(yīng)的數(shù)值仿真研究熱材料服役行為的研究一直是航空航天領(lǐng)域關(guān)注、碳/酚醛復(fù)合材料以及超高溫陶瓷材料作為典型的應(yīng)用越來越廣泛；并且針對飛行器表面不同位不同位置采用不同的防熱材料和結(jié)構(gòu)已經(jīng)是現(xiàn)行案[156-159]，如圖1.16所示，展示了不同防熱材料在本文在分....

圖4.7碳/酚醛復(fù)合材料的頂面邊緣變形位移隨時間的變化

防熱材料燒蝕行為和熱響應(yīng)的數(shù)值仿真研究碳/酚醛復(fù)合材料的頂面邊緣變形位移隨時間的變化，其位置如圖4.6所示。由圖4.7可以看出，隨著形持續(xù)增大，并且整個邊緣的變形并不均勻，不同現(xiàn)了位置的起伏，從而形成了不平整的變形形貌。，在第30s時，中間區(qū)域的最大收縮變形位移達到

圖2-4碳/酚醛復(fù)合材料熱解過程中孔隙壓力與溫度的對應(yīng)關(guān)系

2-3高硅氧/酚醛復(fù)合材料熱解過程中孔隙壓力與溫度的對應(yīng)關(guān)]研究了碳/酚醛材料的燒蝕行為。與上述處理方式相同，程中，孔隙壓力與溫度的對應(yīng)關(guān)系，如圖2-4所示。由最大孔隙壓力也出現(xiàn)在材料受熱分解初期，約為1.2MPa設(shè)計及喉襯故障診斷分析過程中，將選用最大孔隙壓力料部件的邊....

圖1-1常見的再入飛行器的結(jié)構(gòu)組成

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文守的方法并沒有將厚度余量加以量化，對于系統(tǒng)失效的概率也就是系統(tǒng)穩(wěn)健沒有系統(tǒng)性提及，表1-1列出了最近一些進入火星和地球飛行器熱防護材料厚度和相關(guān)的余量[3-7]。表1-1過去飛行器熱防護系統(tǒng)厚度和設(shè)計冗余任務(wù)TPS材料TPS厚度/cm....

本文編號：3936499