發(fā)布時(shí)間：2021-11-04 06:57

　　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(gè)重要方向。高超聲速飛行器在服役過(guò)程中所處氣動(dòng)環(huán)境惡劣、影響因素復(fù)雜,外部流場(chǎng)氣動(dòng)熱環(huán)境與熱防護(hù)材料/結(jié)構(gòu)之間存在強(qiáng)烈的耦合作用,準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)高超聲速氣動(dòng)熱環(huán)境以及材料/結(jié)構(gòu)的響應(yīng)是熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提與基礎(chǔ)。飛行器在服役過(guò)程中,外部氣體由于激波的作用,將會(huì)使氣體大部分的動(dòng)能變?yōu)闊崮?從而導(dǎo)致外部流場(chǎng)高溫氣體效應(yīng),對(duì)飛行器表面產(chǎn)生嚴(yán)重的氣動(dòng)加熱。一方面氣動(dòng)熱力環(huán)境將會(huì)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(hù)材料的燒蝕以及結(jié)構(gòu)變形在很大程度上也會(huì)影響外部流場(chǎng),進(jìn)而影響氣動(dòng)熱環(huán)境,這樣對(duì)飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)的使用將產(chǎn)生嚴(yán)重的影響,對(duì)熱防護(hù)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(dòng)熱環(huán)境預(yù)測(cè)、熱防護(hù)材料/結(jié)構(gòu)與熱環(huán)境的耦合效應(yīng)出發(fā),主要開(kāi)展了高超聲速氣動(dòng)熱影響因素、縫隙結(jié)構(gòu)流場(chǎng)及其局部熱環(huán)境、熱防護(hù)材料/結(jié)構(gòu)在氣動(dòng)熱環(huán)境下的響應(yīng)預(yù)測(cè)等問(wèn)題的研究,具體包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。（1）對(duì)飛行器典型結(jié)構(gòu)在服役環(huán)境下的氣動(dòng)熱進(jìn)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(lái)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(yè)數(shù)】：164 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)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(guó)家開(kāi)展的離超聲速飛行ｆｉｌ計(jì)劃??對(duì)高超聲速飛行器技術(shù)的研宄包括高超聲速空氣動(dòng)力學(xué)、氣動(dòng)熱及熱防??護(hù)、推進(jìn)技術(shù)以及飛行控制等多個(gè)領(lǐng)域，現(xiàn)階段都己取得了一定的突破，但??仍然有一些問(wèn)題有待解決［９＊ＩＧ］。其中氣動(dòng)熱及熱防護(hù)是高超聲速飛行器發(fā)展??過(guò)程中無(wú)法避免的一個(gè)問(wèn)題，即“熱障”問(wèn)題。當(dāng)飛行器以高超聲速進(jìn)行服??役時(shí)，飛行器前端的氣體將會(huì)受到激波作用，使得氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，??進(jìn)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(dòng)加熱問(wèn)題，同時(shí)，??來(lái)流氣體隨著溫度的升高，將會(huì)使得氣體的振動(dòng)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(dòng)熱環(huán)境將會(huì)導(dǎo)致飛行器的熱防護(hù)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(hù)材料發(fā)生燒蝕等，從而會(huì)導(dǎo)致飛行器的熱??防護(hù)系統(tǒng)性能減弱甚至失效等嚴(yán)重的后果，熱防護(hù)系統(tǒng)的變形以及燒蝕反過(guò)??來(lái)又將影響到飛行器外部流場(chǎng)，從而改變了外部流場(chǎng)的氣動(dòng)熱環(huán)境。這樣就??形成了外部流場(chǎng)氣動(dòng)熱、熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)傳熱以及結(jié)構(gòu)變形的多物理場(chǎng)耦合??問(wèn)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(dòng)激發(fā)??－?高空低密度效應(yīng)??上＾）祕(mì)＞、??黏性相互作甿、、＾?ｊ??圖２－１典型高超聲速流場(chǎng)丨１９１??２．１．２高超聲速技術(shù)的發(fā)展??美國(guó)己開(kāi)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(guó)??家之一。上世紀(jì)５０年代左右，美國(guó)就著手開(kāi)展高超聲速技術(shù)有關(guān)的基礎(chǔ)研??宄。１９６４年，美國(guó)航空航天局啟動(dòng)了名為高超聲速研宄工程的項(xiàng)目，該項(xiàng)目??的主要目標(biāo)是對(duì)采用主動(dòng)冷卻的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行器進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，之??后又開(kāi)展了一系列的試驗(yàn)研宄，主要是研宄有關(guān)高超聲速飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的相??關(guān)問(wèn)題。２０世紀(jì)８０年代，美國(guó)又提出了國(guó)家空天飛機(jī)計(jì)劃，該計(jì)劃的目的??是為了研制單級(jí)入軌飛行器，雖然項(xiàng)目沒(méi)有達(dá)到預(yù)定計(jì)劃，但項(xiàng)目的實(shí)施極??大的促進(jìn)了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展。進(jìn)入２１世紀(jì)以來(lái)，美國(guó)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(xiàng)計(jì)劃。近??年來(lái)，美國(guó)通過(guò)Ｘ＿５１Ａ、ＨＴＶ－２、ＡＨＷ等項(xiàng)目對(duì)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、熱防護(hù)、??氣動(dòng)等重大關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了飛行試驗(yàn)驗(yàn)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(guó)的發(fā)展目標(biāo)是２０３０年前后裝備部隊(duì)ｍｉ。??美國(guó)Ｘ系列飛行器見(jiàn)證了美國(guó)高超聲速飛行器發(fā)展的過(guò)程，Ｘ系列飛行??器的不斷發(fā)展推動(dòng)了美國(guó)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(lái)，美國(guó)Ｘ系列飛行器的發(fā)展歷程１２２］。??－５?？??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[3]高超聲速飛行器氣動(dòng)熱和表面瞬態(tài)溫度計(jì)算研究[D]. 蔣友娣.上海交通大學(xué) 2008
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本文編號(hào)：3475231