热防护系统分区协调耦合推进方法

作者：黄杰; 姚卫星; 陈炎; 孔斌

来源：宇航学报, 2018, 39(01): 27-34.

• 热防护系统
• 耦合推进方法
• 有限体积法
• 有限元法
• 插值方法

提出一种适用于热防护系统(TPS)热控性能研究的分区协调耦合推进方法,其中采用有限体积法(FVM)进行气动热分析,FVM空间离散采用NND格式,而结构传热采用有限元法(FEM)进行分析,且在耦合面采用基于控制面的双向映射插值方法进行数据传递。进行了圆管算例分析,2 s时刻驻点处温度计算值与试验值相对误差为4.95%。研究了空天飞行器头锥TPS的热控性能,非耦合方法获得的防热瓦和应变隔离垫(SIP)最高温度分别比耦合结果高114.4 K和32.6 K,这是由于非耦合方法未考虑壁面温度升高对气动热的反馈作用,而耦合方法充分考虑了此影响。采用高热辐射率的涂层、低导热系数和较厚的防热瓦能有效提高热防护系统的隔热性能和降低主动冷却系统的功率和重量,而防热瓦最高温度对其导热系数和厚度不敏感。

• 单位
  南京航空航天大学; 机械结构力学及控制国家重点实验室; 中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所