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轻质多层热防护结构的一体化优化设计研究

陈立明  戴政  谷宇  方岱宁  
【摘要】:大面积防热结构在航天航空领域应用广泛,其创新结构设计是关键技术之一.航天飞行器的工作条件要求热防护材料与结构同时具备轻质、隔热、抗冲击的特点,因此热防护材料与结构正在朝着一体化的方向发展.基于这种发展趋势,提出了一种轻质多层热防护结构设计方案.以一体化多层防热结构在航天器再入过程中的传热为研究对象,引入大面积防热结构的一维传热假设,依照航天器再入大气层的温度条件,建立了防热结构一维非稳态传热的物理模型和封闭的控制方程,使用差分方法求解方程,进行一维非稳态的传热分析,并采用商业有限元软件ABAQUS的传热分析进行验证.得到了航天器再入大气过程中多层防热结构的各层温度分布,提出了在满足一定的热约束要求的条件下,以轻质多层热防护结构的总重量为目标函数的优化设计方法,得到了多层结构的最优几何参数,并将优化后的结构进行了有限元承载分析.

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