碳/酚醛复合材料烧蚀行为研究

发布时间：2024-03-23 21:36

　　碳/酚醛复合材料作为一种防隔热一体化材料,主要用于高速飞行器大面积区域热防护。热防护系统占该类飞行器比重较大,其冗余设计对于整个飞行器的质量控制有关键作用。因此准确地掌握碳/酚醛复合材料烧蚀特性能够解决热防护系统设计过度冗余或防热可靠性不足的问题。本文针对典型服役环境下的体积烧蚀特征,建立了多物理场耦合模型,利用有限元方法实现了体积烧蚀过程的数值模拟,开展了碳/酚醛复合材料热/力学响应特性分析,为具有长时间大面积热防护需求的高超声速飞行器的热防护结构优化设计提供了建设性支持。本文主要内容包括:对碳/酚醛复合材料的多物理场耦合机制进行了研究。分析了碳/酚醛复合材料多场耦合烧蚀过程中的防热机理,确定了碳/酚醛复合材料体积烧蚀特征。从烧蚀过程中多场耦合关系出发,推导了碳/酚醛复合材料体积烧蚀过程中控制体的能量方程、气体相扩散方程、热化学反应速率方程以及固体相的平衡微分方程。利用有限元软件(COMSOL)求证了碳/酚醛复合材料多场耦合烧蚀模型,对碳/酚醛复合材料的烧蚀过程进行了数值模拟。对低热流、中等焓值对流热流载荷作用下材料的温度场、位移场、热解气体孔隙压力场、材料的热解程度以及力学响应做出...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.16防热材料在飞行器中的应用示意图

防热材料烧蚀行为和热响应的数值仿真研究热材料服役行为的研究一直是航空航天领域关注、碳/酚醛复合材料以及超高温陶瓷材料作为典型的应用越来越广泛；并且针对飞行器表面不同位不同位置采用不同的防热材料和结构已经是现行案[156-159]，如图1.16所示，展示了不同防热材料在本文在分....

图4.7碳/酚醛复合材料的顶面边缘变形位移随时间的变化

防热材料烧蚀行为和热响应的数值仿真研究碳/酚醛复合材料的顶面边缘变形位移随时间的变化，其位置如图4.6所示。由图4.7可以看出，随着形持续增大，并且整个边缘的变形并不均匀，不同现了位置的起伏，从而形成了不平整的变形形貌。，在第30s时，中间区域的最大收缩变形位移达到

图2-4碳/酚醛复合材料热解过程中孔隙压力与温度的对应关系

2-3高硅氧/酚醛复合材料热解过程中孔隙压力与温度的对应关]研究了碳/酚醛材料的烧蚀行为。与上述处理方式相同，程中，孔隙压力与温度的对应关系，如图2-4所示。由最大孔隙压力也出现在材料受热分解初期，约为1.2MPa设计及喉衬故障诊断分析过程中，将选用最大孔隙压力料部件的边....

图1-1常见的再入飞行器的结构组成

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文守的方法并没有将厚度余量加以量化，对于系统失效的概率也就是系统稳健没有系统性提及，表1-1列出了最近一些进入火星和地球飞行器热防护材料厚度和相关的余量[3-7]。表1-1过去飞行器热防护系统厚度和设计冗余任务TPS材料TPS厚度/cm....

本文编号：3936499