本文關(guān)鍵詞：高超聲速飛行器熱防護及紅外輻射特性分析

  更多相關(guān)文章： 高超聲速 氣動加熱 熱防護 紅外隱身 光子晶體 優(yōu)化設(shè)計

【摘要】：高超聲速飛行器其主要特點是飛行速度超高,可達到5倍音速或以上。其高機動性、快速打擊能力、遠距離的精確打擊等非常規(guī)武器的性能,使該類飛行器收到各國的爭相追捧。該類飛行器的動力可由超然沖壓發(fā)動機提供,但是強烈的氣動加熱效應(yīng)使得飛行器表面局部會產(chǎn)生極高的溫度,尤其前緣駐點及翼緣部位,高溫所產(chǎn)生的強輻射亦會使得飛行器更易被紅外探測系統(tǒng)捕捉。這些因素均使得飛行器的生存性能受到極大的考驗。因此,對飛行器進行熱防護及紅外隱身設(shè)計分析,提升飛行器的安全性能就顯得尤為重要。光子晶體材料由于內(nèi)部光子帶隙的存在,使得其可以實現(xiàn)局部波段輻射的全反射,同時具有較低的熱導系數(shù),使得該材料在熱防護及紅外隱身領(lǐng)域具有極高的應(yīng)用價值。本文主要圍繞典型工況下飛行器內(nèi)部、外部溫度場及表面紅外輻射特性進行分析。利用幾種不同的工程熱流密度計算公式,對比計算分析飛行器表面不同位置的熱流密度大小。以計算出的熱流密度作為邊界條件,研究了典型工況下HIFIRE高超聲速飛行器內(nèi)外部溫度場分布,并將該計算結(jié)果與基于Fluent流-熱耦合計算結(jié)果進行對比驗證�；诒砻鏈囟葓鰯�(shù)據(jù),求解分析了飛行器表面紅外輻射場,同時,對大氣環(huán)境的影響作用予以充分考慮。最后,應(yīng)用傳輸矩陣方法,計算分析了一維光子晶體材料的帶隙分布,并提出了六種優(yōu)化設(shè)計方案,同時,將光子晶體材料作為熱防護材料,驗證分析了光子晶體作為熱防材料的可行性。通過研究分析發(fā)現(xiàn),光子禁帶可以有效地抑制特定波段的紅外輻射,應(yīng)用文中提出的六種優(yōu)化方案中針對3~5μm波段范圍的“耦合優(yōu)化方法”,可以有效地減小該波段范圍內(nèi)的總紅外輻射,下降幅度達96.94%。文中所設(shè)計的C/Si C-PC-基體三層熱防護組合系統(tǒng),有著較強的熱防護能力,能夠有效地阻止熱量向內(nèi)部傳遞。本文將光子晶體材料與熱分析相結(jié)合進行計算討論,分析探討了一維光子晶體材料作為紅外隱身及熱防護材料的可能性,并據(jù)此提出六種優(yōu)化設(shè)計方案及熱防護材料組合方案,為高超聲速飛行器紅外隱身設(shè)計及熱防護方案設(shè)計提供了一種新思路,具有一定的工程應(yīng)用價值。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V244.1

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