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低密度烧蚀材料在中高热流环境应用的试验研究和理论预测

高家一 杜涛 沈颖哲 吴义田 梁馨 沈丹

高家一, 杜涛, 沈颖哲, 等. 低密度烧蚀材料在中高热流环境应用的试验研究和理论预测[J]. 实验流体力学, 2016, 30(6): 37-42. doi: 10.11729/syltlx20160015
引用本文: 高家一, 杜涛, 沈颖哲, 等. 低密度烧蚀材料在中高热流环境应用的试验研究和理论预测[J]. 实验流体力学, 2016, 30(6): 37-42. doi: 10.11729/syltlx20160015
Gao Jiayi, Du Tao, Shen Yingzhe, et al. Predication and wind tunnel experimental verification of thermal protection performance for low density ablative material in medium thermal environment[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2016, 30(6): 37-42. doi: 10.11729/syltlx20160015
Citation: Gao Jiayi, Du Tao, Shen Yingzhe, et al. Predication and wind tunnel experimental verification of thermal protection performance for low density ablative material in medium thermal environment[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2016, 30(6): 37-42. doi: 10.11729/syltlx20160015

低密度烧蚀材料在中高热流环境应用的试验研究和理论预测

doi: 10.11729/syltlx20160015
详细信息
    作者简介:

    高家一(1971-), 男, 天津静海人, 高级工程师, 工程硕士。研究方向:运载火箭总体设计。通信地址:北京9200信箱10分箱18号(100076)。E-mail:gao7132@sina.com

    通讯作者:

    杜涛, E-mail:dutao-calt@yahoo.com

  • 中图分类号: V211.73

Predication and wind tunnel experimental verification of thermal protection performance for low density ablative material in medium thermal environment

  • 摘要: 低密度烧蚀材料是为解决飞船再入过程中高焓、低热流长时间飞行热环境的防热问题开发的防热材料。随着新工程项目的开展,低密度烧蚀材料被要求应用于中高热流的新环境下。在电弧风洞上开展了低密度烧蚀材料在气流恢复焓为18MJ/kg,冷壁热流为720kW/m2的高焓、中高热流条件下的防热性能考核试验。试验中改进了传统的水冷框方式,水冷框与试验件之间增加了高性能隔热材料,避免了侧向热泄漏,提高了试验结果的准确性。试验结果表明低密度烧蚀材料能够满足中高热流的加热环境。同时开展了低密度烧蚀材料的防热性能计算研究。低密度烧蚀材料的烧蚀机理复杂,根据低密度烧蚀过程的本体热传导-热解-炭化机制,不同区域和阶段分别采用对应的预测方法,改进了炭化烧蚀的计算方法。将理论预测结果同风洞试验结果进行了对比研究,结果表明理论预测同风洞试验结果一致性良好。
  • 图  1  低密度烧蚀材料组成结构示意图

    Figure  1.  The diagrammatic sketch of the structure of low density ablative material

    图  2  低密度烧蚀材料烧蚀防热剖面示意图

    Figure  2.  The diagrammatic sketch of cross-section structure of low density ablative material

    图  3  电弧风洞试验段

    Figure  3.  The test section in arc heated wind tunnel

    图  4  电弧加热器

    Figure  4.  Heater inarc heated wind tunnel

    图  5  试验件安装方式

    Figure  5.  Installation method for test-piece

    图  6  试验前后试件状态对比

    Figure  6.  The status before test comparied with that after test

    图  7  试件烧蚀后侧面外观

    Figure  7.  The side view of ablated test-piece

    图  8  外表面升温比较

    Figure  8.  The rise in temperature for outside surface

    图  9  背部升温比较

    Figure  9.  The rise in temperature for inside surface

    表  1  炭化层厚度比较

    Table  1.   Comparison of carburization zone thickness

    试件状态/mm来源炭化层厚度/mm
    16试验4.10
    计算5.11
    12试验6.70
    计算5.08
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-01-17
  • 修回日期:  2016-09-20
  • 刊出日期:  2016-12-25

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    2021年8月13日