高超聲速飛行器具有極其重要的軍事戰(zhàn)略意義和廣泛的民用前景,是航空航天事業(yè)發(fā)展的一個重要方向。高超聲速飛行器在服役過程中所處氣動環(huán)境惡劣、影響因素復(fù)雜,外部流場氣動熱環(huán)境與熱防護材料/結(jié)構(gòu)之間存在強烈的耦合作用,準(zhǔn)確地預(yù)測高超聲速氣動熱環(huán)境以及材料/結(jié)構(gòu)的響應(yīng)是熱防護系統(tǒng)設(shè)計的前提與基礎(chǔ)。飛行器在服役過程中,外部氣體由于激波的作用,將會使氣體大部分的動能變?yōu)闊崮?從而導(dǎo)致外部流場高溫氣體效應(yīng),對飛行器表面產(chǎn)生嚴(yán)重的氣動加熱。一方面氣動熱力環(huán)境將會使材料發(fā)生燒蝕,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形,另外熱防護材料的燒蝕以及結(jié)構(gòu)變形在很大程度上也會影響外部流場,進而影響氣動熱環(huán)境,這樣對飛行器熱防護系統(tǒng)的使用將產(chǎn)生嚴(yán)重的影響,對熱防護材料/結(jié)構(gòu)提出了極大的挑戰(zhàn),成為發(fā)展高超聲速飛行器所面臨的難題之一。本文從高超聲速氣動熱環(huán)境預(yù)測、熱防護材料/結(jié)構(gòu)與熱環(huán)境的耦合效應(yīng)出發(fā),主要開展了高超聲速氣動熱影響因素、縫隙結(jié)構(gòu)流場及其局部熱環(huán)境、熱防護材料/結(jié)構(gòu)在氣動熱環(huán)境下的響應(yīng)預(yù)測等問題的研究,具體包括以下幾個方面的內(nèi)容。（1）對飛行器典型結(jié)構(gòu)在服役環(huán)境下的氣動熱進行研究。分析高溫化學(xué)非平衡效應(yīng)、壁面催化效應(yīng)以及飛行高度... 

【文章來源】：北京科技大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：164 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－?１典型高超聲速飛行??

２５－??？復(fù)￣４３??２０?？?＿?＾?：??Ｈ?＊?：冗??１０－?ＳＸ?一腦??■■■Ｍ！?．ｍ?％?＊?ｍｎｉｘ??？?？?？?？?，?ＩＩ??５．?ｉｍｔａ＞?？?？？?々楸麵狄??＇１Ｍ?Ｋ?ｍ＾ｕｍ??９Ｈ??０?，??１?＇?Ｔ???Ｊ?Ｉ．?．?Ｉ?丨川，「．?．．．「？ｒｉｊ?，丨．一一．．．．ｒ?Ｖ＇＇．．…《?．．．?ｉ??１０９５?２０００?２００５?２０１０?２０１５?２０２０??Ｙｗ??圖１－２世界主璺國家開展的離超聲速飛行ｆｉｌ計劃??對高超聲速飛行器技術(shù)的研宄包括高超聲速空氣動力學(xué)、氣動熱及熱防??護、推進技術(shù)以及飛行控制等多個領(lǐng)域，現(xiàn)階段都己取得了一定的突破，但??仍然有一些問題有待解決［９＊ＩＧ］。其中氣動熱及熱防護是高超聲速飛行器發(fā)展??過程中無法避免的一個問題，即“熱障”問題。當(dāng)飛行器以高超聲速進行服??役時，飛行器前端的氣體將會受到激波作用，使得氣體的動能轉(zhuǎn)化為熱能，??進而使得氣體的溫度變高，高溫氣體向壁面?zhèn)鳠岙a(chǎn)生氣動加熱問題，同時，??來流氣體隨著溫度的升高，將會使得氣體的振動能激發(fā)，氣體分子發(fā)生離解??以及原子產(chǎn)生電離等，即高溫氣體效應(yīng)［ｌｗ２ｋ??嚴(yán)峻的氣動熱環(huán)境將會導(dǎo)致飛行器的熱防護系統(tǒng)承受極大的熱力載荷，??可能使得結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形以及熱防護材料發(fā)生燒蝕等，從而會導(dǎo)致飛行器的熱??防護系統(tǒng)性能減弱甚至失效等嚴(yán)重的后果，熱防護系統(tǒng)的變形以及燒蝕反過??來又將影響到飛行器外部流場，從而改變了外部流場的氣動熱環(huán)境。這樣就??形成了外部流場氣動熱、熱防護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)傳熱以及結(jié)構(gòu)變形的多物理場耦合??問題，圖１－

?北京科技大學(xué)博士學(xué)位論文???體效應(yīng)。??騫溫效應(yīng)??（ｆｆ＇?＇，振動激發(fā)??－?高空低密度效應(yīng)??上＾）祕＞、??黏性相互作甿、、＾?ｊ??圖２－１典型高超聲速流場丨１９１??２．１．２高超聲速技術(shù)的發(fā)展??美國己開展了較多的高超聲速技術(shù)方面的研宄，在當(dāng)今世界屬于領(lǐng)先國??家之一。上世紀(jì)５０年代左右，美國就著手開展高超聲速技術(shù)有關(guān)的基礎(chǔ)研??宄。１９６４年，美國航空航天局啟動了名為高超聲速研宄工程的項目，該項目??的主要目標(biāo)是對采用主動冷卻的超燃沖壓發(fā)動機的飛行器進行試驗驗證，之??后又開展了一系列的試驗研宄，主要是研宄有關(guān)高超聲速飛行器發(fā)動機的相??關(guān)問題。２０世紀(jì)８０年代，美國又提出了國家空天飛機計劃，該計劃的目的??是為了研制單級入軌飛行器，雖然項目沒有達到預(yù)定計劃，但項目的實施極??大的促進了超燃沖壓發(fā)動機的發(fā)展。進入２１世紀(jì)以來，美國空軍為了響應(yīng)??“快速全球打擊的戰(zhàn)略”，又先后制定了?ＡＲＲＭＤ和ＨｙＦｌｙ等多項計劃。近??年來，美國通過Ｘ＿５１Ａ、ＨＴＶ－２、ＡＨＷ等項目對超燃沖壓發(fā)動機、熱防護、??氣動等重大關(guān)鍵技術(shù)進行了飛行試驗驗證，其中部分關(guān)鍵技術(shù)己發(fā)展到技術(shù)??成熟度５＋水平，美國的發(fā)展目標(biāo)是２０３０年前后裝備部隊ｍｉ。??美國Ｘ系列飛行器見證了美國高超聲速飛行器發(fā)展的過程，Ｘ系列飛行??器的不斷發(fā)展推動了美國在高超聲速領(lǐng)域的技術(shù)革新。圖２－２為從上世紀(jì)中??葉以來，美國Ｘ系列飛行器的發(fā)展歷程１２２］。??－５?？??

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]高超聲速熱流固多物理場計算研究[D]. 蘇雪.浙江大學(xué) 2016
[2]高超聲速飛行器流熱固多物理場耦合計算研究[D]. 黃杰.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[3]高超聲速飛行器氣動熱和表面瞬態(tài)溫度計算研究[D]. 蔣友娣.上海交通大學(xué) 2008
[4]高超聲速氣動熱工程算法研究[D]. 呂麗麗.西北工業(yè)大學(xué) 2005



本文編號：3475231