疏导式热防护

目 录
第1章 概论 …………………………………………………………………………………… 1
1.1 高超声速飞行器烧蚀热防护的应用与局限 ………………………………………… 1
1.1.1 烧蚀热防护的应用 ……………………………………………………………… 1
1.1.2 烧蚀热防护的局限性 …………………………………………………………… 2
1.2 非烧蚀热防护 ………………………………………………………………………… 3
1.2.1 新型高超声速飞行器的热环境特性 …………………………………………… 3
1.2.2 非烧蚀热防护功能 ……………………………………………………………… 4
1.2.3 非烧蚀热防护的飞行试验尝试与面临的挑战 ………………………………… 5
1.3 疏导式热防护 ………………………………………………………………………… 6
1.3.1 疏导式热防护机制 ……………………………………………………………… 6
1.3.2 疏导式热防护的结构特征 ……………………………………………………… 7
1.3.3 疏导式热防护的典型性能表征 ………………………………………………… 7
1.3.4 疏导式热防护的特点及适用的条件 …………………………………………… 8
参考文献 …………………………………………………………………………………… 10
第2章 复杂外形热环境预测技术 ………………………………………………………… 11
2.1 热环境工程计算方法 ………………………………………………………………… 12
2.1.1 基于边界层理论的热流预测方法 ……………………………………………… 13
2.1.2 稀薄气体效应对气动加热的影响 ……………………………………………… 27
2.2 热环境数值模拟技术 ………………………………………………………………… 32
2.2.1 热环境预测中的数值计算方法 ………………………………………………… 33
2.2.2 热环境数值预测的后处理技术 ………………………………………………… 40
2.2.3 网格尺度的准则 ………………………………………………………………… 44
2.2.4 应用实例及展望 ………………………………………………………………… 49
2.3 风洞热环境试验技术 ………………………………………………………………… 51
2.3.1 薄膜热电阻热流测量方法 ……………………………………………………… 52
2.3.2 磷光热图热流测量方法 ………………………………………………………… 57
2.3.3 红外热图热流测量试验方法 …………………………………………………… 64
2.3.4 薄壁模型热流测量试验方法 …………………………………………………… 68
参考文献 …………………………………………………………………………………… 71
第3章 疏导式防热的物理机制 …………………………………………………………… 75
3.1 快速传热机制 ………………………………………………………………………… 75
3.1.1 快速传热的概念和表征 ………………………………………………………… 76
3.1.2 快速传热的材料和元件 ………………………………………………………… 78
3.1.3 接触热阻 ………………………………………………………………………… 80
3.1.4 快速传热预测技术及电加试验验证 …………………………………………… 83
3.1.5 快速传热效率的影响因素与分析 ……………………………………………… 89
3.2 高效隔热机制 ………………………………………………………………………… 93
3.2.1 典型隔热材料的制备与结构 …………………………………………………… 94
3.2.2 隔热性能与影响因素 …………………………………………………………… 95
3.2.3 传热模型与模拟方法 …………………………………………………………… 99
3.2.4 高效隔热材料相关参数的辨识方法 ………………………………………… 106
3.3 辐射散热控制机制 ………………………………………………………………… 111
3.3.1 辐射散热与疏导式热防护 …………………………………………………… 111
3.3.2 辐射散热性能的影响因素 …………………………………………………… 112
3.3.3 典型防热材料表面的辐射特性 ……………………………………………… 116
3.3.4 疏导式热防护辐射散热控制机制 …………………………………………… 119
3.4 表面抗氧化机制 …………………………………………………………………… 122
3.4.1 材料高温氧化性质概述 ……………………………………………………… 122
3.4.2 影响材料高温抗氧化性能的因素及材料选取方法 ………………………… 123
3.4.3 典型复合材料的抗氧化性能预测技术 ……………………………………… 126
3.5 疏导式热防护技术的应用 ………………………………………………………… 135
3.5.1 疏导式热防护的技术特征和应用条件 ……………………………………… 136
3.5.2 疏导式热防护技术的典型应用 ……………………………………………… 137
3.5.3 热疏导思想在国外的探索与应用 …………………………………………… 144
参考文献 …………………………………………………………………………………… 147
第4章 高温和超高温热管 ………………………………………………………………… 151
4.1 热管的概念 ………………………………………………………………………… 152
4.1.1 热管的特性 …………………………………………………………………… 152
4.1.2 传热极限 ……………………………………………………………………… 156
4.1.3 工作流体 ……………………………………………………………………… 160
4.1.4 毛细芯 ………………………………………………………………………… 162
4.1.5 热管分类 ……………………………………………………………………… 165
4.2 热管的工作原理 …………………………………………………………………… 167
4.2.1 相与相变 ……………………………………………………………………… 168
4.2.2 表面力作用 …………………………………………………………………… 171
4.2.3 工质流动 ……………………………………………………………………… 178
4.2.4 转换温度 ……………………………………………………………………… 183
4.2.5 热管启动 ……………………………………………………………………… 184
4.3 热管的制备和测试 ………………………………………………………………… 187
4.3.1 工艺流程 ……………………………………………………………………… 187
4.3.2 抗氧化涂层 …………………………………………………………………… 189
4.3.3 工质的保护充装 ……………………………………………………………… 191
4.3.4 毛细芯泵吸能力试验 ………………………………………………………… 194
4.3.5 高温热管试验 ………………………………………………………………… 195
4.3.6 过载试验 ……………………………………………………………………… 198
4.4 热防护异形热管 …………………………………………………………………… 201
4.4.1 工质的物性 …………………………………………………………………… 202
4.4.2 “J”和 “V”形热管 ………………………………………………………… 204
4.4.3 翼前缘腔体热管 ……………………………………………………………… 207
4.4.4 特点比较 ……………………………………………………………………… 209
参考文献 …………………………………………………………………………………… 211
第5章 热防护试验技术 …………………………………………………………………… 216
5.1 热防护试验的特点和模拟 ………………………………………………………… 217
5.1.1 热防护试验的特点 …………………………………………………………… 217
5.1.2 热环境模拟的参数选择 ……………………………………………………… 219
5.1.3 热响应特性的主要参数 ……………………………………………………… 221
5.1.4 热防护试验的简化 …………………………………………………………… 222
5.1.5 加热方式选择 ………………………………………………………………… 225
5.2 热防护试验技术和典型试验 ……………………………………………………… 227
5.2.1 常用热防护试验技术 ………………………………………………………… 227
5.2.2 典型热防护试验 ……………………………………………………………… 234
5.2.3 其他热防护试验 ……………………………………………………………… 245
5.3 热防护试验的参数测量 …………………………………………………………… 247
5.3.1 热环境参数测量 ……………………………………………………………… 247
5.3.2 热响应参数测量 ……………………………………………………………… 253
5.4 疏导式热防护试验 ………………………………………………………………… 262
5.4.1 疏导式热防护试验条件的建立 ……………………………………………… 262
5.4.2 疏导式热防护试验模型 ……………………………………………………… 265
5.4.3 疏导式热防护验证试验 ……………………………………………………… 267
参考文献 …………………………………………………………………………………… 276