飛行器層板式前緣熱管防熱結(jié)構(gòu)等效熱分析*

劉洪鵬，劉偉強(qiáng)

(1.國(guó)防科技大學(xué) 航天科學(xué)與工程學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙　410073；2.國(guó)防科技大學(xué) 高超聲速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖南 長(zhǎng)沙　410073)

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飛行器層板式前緣熱管防熱結(jié)構(gòu)等效熱分析*

劉洪鵬1,2，劉偉強(qiáng)1,2

(1.國(guó)防科技大學(xué) 航天科學(xué)與工程學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙410073；2.國(guó)防科技大學(xué) 高超聲速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖南 長(zhǎng)沙410073)

摘要：針對(duì)高超聲速飛行器前緣尖銳部件所面臨的嚴(yán)重氣動(dòng)熱，提出層板式前緣熱管防熱結(jié)構(gòu)。為避免前緣熱管內(nèi)復(fù)雜的兩相傳熱傳質(zhì)計(jì)算，對(duì)高溫?zé)峁苷羝坏膫鳠徇M(jìn)行了等效導(dǎo)熱分析，討論了蒸汽腔的等效導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算方法，與常規(guī)高溫?zé)峁茉囼?yàn)對(duì)比驗(yàn)證了計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。對(duì)該結(jié)構(gòu)熱防護(hù)效果的計(jì)算表明，當(dāng)飛行器在34 km高度以7Ma速度飛行時(shí)，以IN718為管壁材料、Na為工質(zhì)的層板式熱管對(duì)頭部半徑為15 mm的前緣結(jié)構(gòu)具有良好的熱防護(hù)效果。

關(guān)鍵詞：熱防護(hù)；熱管；層板；換熱系數(shù)

高超聲速飛行器在高馬赫數(shù)飛行時(shí)，前緣部位受到嚴(yán)重的氣動(dòng)加熱，對(duì)飛行器的飛行安全構(gòu)成嚴(yán)重危害[1-4]。高溫?zé)峁軣岱雷o(hù)方式利用封閉腔內(nèi)金屬液體的蒸發(fā)、流動(dòng)和冷凝，將前緣頭部高熱流區(qū)的熱流疏導(dǎo)至后部區(qū)域并輻射到大氣環(huán)境中，使得前緣構(gòu)件趨向均溫并降低頭部最高溫度和熱應(yīng)力，是一種可靠性較高并且可重復(fù)使用的熱防護(hù)技術(shù)。

提出于20世紀(jì)70年代[5]的熱管熱防護(hù)技術(shù)，被大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究證明了其良好的防熱效果[6-8]。近年來，隨著材料和工藝等技術(shù)的發(fā)展，幾種新型的熱管防護(hù)結(jié)構(gòu)相繼被提出。……