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三维烧蚀内部热响应数值计算研究 被引量:11
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作者 张涛 孙冰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期298-304,共7页
对热解型碳化复合材料三维烧蚀内部热响应数值计算关键技术进行了研究。采用碳化层—热解面—原始材料层模型,将热解气体与碳化层之间的对流换热处理为源项,通过有限元法建立移动边界条件下温度场求解方程组,采用Gauss-Seidel迭代法计... 对热解型碳化复合材料三维烧蚀内部热响应数值计算关键技术进行了研究。采用碳化层—热解面—原始材料层模型,将热解气体与碳化层之间的对流换热处理为源项,通过有限元法建立移动边界条件下温度场求解方程组,采用Gauss-Seidel迭代法计算热解气体质量流量和温度场。同时,研究和分析了三维烧蚀移动边界处理方法以及动网格生成方法。由于每个时间步都需要网格重划,烧蚀热防护数值计算对存储效率和计算效率要求较高,本文研究了内部热响应计算中影响存储效率和计算效率的主要因素,并提出了相应的压缩存储方案和求解方案。计算结果表明,移动边界处理方法准确合理;存储方案的存储效率较高;保持刚度矩阵和形函数矩阵正定对称性可以加快温度场计算的收敛速度。 展开更多
关键词 烧蚀热防护 内部响应 移动边界 动网格 压缩存储 数值仿真
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热解气体流动的二维烧蚀热防护数值仿真研究 被引量:10
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作者 张涛 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期119-124,共6页
研究了热解型碳化复合材料二维烧蚀的计算模型和计算方法。采用碳化层—热解面—原始材料层模型;将热解气体与碳化层之间的换热作为热载荷处理;计算了热解气体在碳化层中的流动和传热过程,获得了热解气体质量流量分布从而为烧蚀材料温... 研究了热解型碳化复合材料二维烧蚀的计算模型和计算方法。采用碳化层—热解面—原始材料层模型;将热解气体与碳化层之间的换热作为热载荷处理;计算了热解气体在碳化层中的流动和传热过程,获得了热解气体质量流量分布从而为烧蚀材料温度场计算提供边界条件。计算结果表明热解气体质量流量在碳化层明显成二维分布,不同位置的流量相差很大,并且对碳化层温度和烧蚀率有很大影响,因此,内部热响应计算需要考虑热解气体在碳化层中的流动和换热过程。 展开更多
关键词 烧蚀热防护 内部响应 解气体流动 数值仿真
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航天器再入全过程轴对称烧蚀热防护数值仿真研究(英文) 被引量:8
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作者 张涛 孙冰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期1195-1204,共10页
对航天器再入全过程轴对称烧蚀热防护进行了全过程数值仿真研究。采用修正Lees驻点热流密度方法和参考焓方法计算再入热流密度。采用JANAF模型计算烧蚀率。利用有限元法计算钝锥体再入航天器烧蚀层在移动边界条件下的轴对称温度场。采... 对航天器再入全过程轴对称烧蚀热防护进行了全过程数值仿真研究。采用修正Lees驻点热流密度方法和参考焓方法计算再入热流密度。采用JANAF模型计算烧蚀率。利用有限元法计算钝锥体再入航天器烧蚀层在移动边界条件下的轴对称温度场。采用碳化层—热解面—原始材料的轴对称碳化烧蚀模型;推导了热解气体流量计算方法。针对再入飞行大热流密度条件下,用有限元方法求解瞬态温度场时会产生的时间和空间上解的振荡问题。通过分析温度振荡现象产生的原因,采用集中热容矩阵向后差分方法解决振荡问题。计算结果表明,在时间步长选择合适的情况下,求解集中热容矩阵能够很好地解决数值振荡问题,同时烧蚀率和温度场计算比较准确。 展开更多
关键词 航天器 再入 烧蚀热防护 有限元 数值仿真
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再入钝锥体烧蚀热防护内部热响应的数值仿真 被引量:5
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作者 张涛 陈德江 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期2248-2255,共8页
研究了烧蚀热防护系统内部热响应的计算模型和计算方法.采用碳化层-热解面-原始材料层模型,建立碳基材料内部热响应物理模型和数学模型,利用有限元法分析和计算再入目标热防护系统轴对称内部热响应.着重研究和分析了轴对称烧蚀过程中热... 研究了烧蚀热防护系统内部热响应的计算模型和计算方法.采用碳化层-热解面-原始材料层模型,建立碳基材料内部热响应物理模型和数学模型,利用有限元法分析和计算再入目标热防护系统轴对称内部热响应.着重研究和分析了轴对称烧蚀过程中热解气体质量流率计算方法和传热机制.将热解气体与碳化层之间的对流换热处理为源项,通过保证刚度矩阵和形函数矩阵的正定对称性可以加速温度场计算收敛.计算表明:热解气体的质量流量主要由厚度方向构成,占80%以上;头部驻点附近最大烧蚀厚度接近10mm,需要采用抗烧蚀能力强的碳-碳材料,身部烧蚀量小于2mm,可以采用密度较小的碳-酚醛材料. 展开更多
关键词 再入 烧蚀热防护 内部响应 解反应 有限元法
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高温环境下烧蚀热防护结构隔热性能测试方法
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作者 张婕 吴敬涛 +3 位作者 刘宁夫 陈宏 李昕昕 高哲 《装备环境工程》 CAS 2024年第10期62-69,共8页
目的建立高精度的烧蚀热防护结构隔热性能测试方法。方法分析烧蚀热防护结构地面热试验特点,设计烧蚀热防护结构隔热性能试验方案,提出考虑地面热损失的高精度热载荷模拟方法。采用自研模块化石英灯加热器作为加热装置,设计可重复使用... 目的建立高精度的烧蚀热防护结构隔热性能测试方法。方法分析烧蚀热防护结构地面热试验特点,设计烧蚀热防护结构隔热性能试验方案,提出考虑地面热损失的高精度热载荷模拟方法。采用自研模块化石英灯加热器作为加热装置,设计可重复使用夹具封装试验件和热流计,建立烧蚀热防护结构隔热性能测试装置。结果成功完成了典型烧蚀热防护结构隔热性能考核试验,获得了结构在瞬态和稳态热流条件下的背温数据,试验装置运行稳定可靠,可有效消除热边界效应,保证热流长时测控。试验结果验证了试验边界条件模拟的可重复性、热场均匀性以及良好的控制精度。结论有效解决了烧蚀热防护结构受热后产生明火、浓烟而导致的高温环境模拟难题,为烧蚀热防护结构材料筛选及结构定尺寸设计提供了高精度测试方法。 展开更多
关键词 高超声速飞行器 烧蚀热防护 性能 辐射加 温度
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一种热平衡等温机制的新型热防护及相关技术 被引量:15
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作者 李锋 艾邦成 姜贵庆 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第12期1644-1650,共7页
给出了一种适用于高超声速飞行器热防护的新概念——疏导式热防护,其基本理论是利用热平衡等温机制,使防热层趋于一等温体,实现热负载平衡。针对这一概念,进行了较为系统的研究,包括原理、分析方法、实现疏导式热防护的关键技术。研究... 给出了一种适用于高超声速飞行器热防护的新概念——疏导式热防护,其基本理论是利用热平衡等温机制,使防热层趋于一等温体,实现热负载平衡。针对这一概念,进行了较为系统的研究,包括原理、分析方法、实现疏导式热防护的关键技术。研究结果表明,疏导式热防护技术可有效地减少高热流区的温度和热应力,是一种有效的非烧蚀热防护技术。 展开更多
关键词 疏导式热防护 烧蚀热防护 高超声速飞行器
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烧蚀热防护结构地面热试验技术
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作者 王振亚 魏广平 《结构强度研究》 2016年第4期14-18,共5页
以石英灯管为加热元件进行了烧蚀热防护结构热试验研究,对比了热流计不同布置方式下的试验结果差异,分析了烧蚀热试验特性对热流计不同布置方式及石英灯管正常工作的影响,开发了基于石英灯辐射加热的烧蚀热防护结构热试验技术,打造... 以石英灯管为加热元件进行了烧蚀热防护结构热试验研究,对比了热流计不同布置方式下的试验结果差异,分析了烧蚀热试验特性对热流计不同布置方式及石英灯管正常工作的影响,开发了基于石英灯辐射加热的烧蚀热防护结构热试验技术,打造了全尺寸烧蚀热防护结构地面热试验平台,同时开发了热流一电压控制模式切换技术,形成了一整套安全可靠全尺寸烧蚀热防护结构地面热试验技术。 展开更多
关键词 烧蚀热防护结构 地面试验 辐射加 流密度控制
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烧蚀型热防护系统概率设计与可靠性评估方法研究 被引量:1
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作者 张睿 祝文祥 +7 位作者 张澳 侯望墅 宋树丰 刘许旸 李晨光 赵月 张凯 姚建尧 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期762-768,共7页
为在保障热防护系统可靠性的前提下减轻重量,本文建立考虑多源不确定性的烧蚀型热防护系统的概率设计和可靠性评估方法。采用有限元方法计算系统热响应,通过试验测试与数值模型对比验证方法的有效性。并构建热防护系统的不确定性输入参... 为在保障热防护系统可靠性的前提下减轻重量,本文建立考虑多源不确定性的烧蚀型热防护系统的概率设计和可靠性评估方法。采用有限元方法计算系统热响应,通过试验测试与数值模型对比验证方法的有效性。并构建热防护系统的不确定性输入参数与目标输出的代理模型,基于代理模型与蒙特卡洛方法进行热防护系统目标变量的概率特性分析。采用Sobol指标对不确定性参数进行灵敏度分析,并以系统可靠性为指标进行概率设计。该方法针对来流、几何以及材料属性等多源不确定性进行热防护系统的概率设计与可靠性评估,以二维平板模型为例,计算热防护系统最高背温的概率特性以及不确定性参数的灵敏度,得到了不同涂层厚度情况下系统的可靠性。结果表明,与安全系数 n =1.5的设计相比,概率设计减重达到24%。 展开更多
关键词 烧蚀热防护系统 不确定性 代理模型 概率设计 可靠性评估
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