充气式再入与减速系统柔性热防护材料的热冲击试验

针对充气式再入与减速系统的柔性热防护系统的研制要求,其应能够承受最高1200℃高温或最高达25 W/cm^2的热流密度、高温环境持续时间不超过100 s。为此设计了多层防热结构的柔性热防护系统,结构由外到内分别是防热层、隔热层、阻气承力层,基于热分析的结果研制了三种材料试样,其中一种试样由Nextel氧化铝织物、气凝胶和Kevlar织物组成,另外两种在其基础上分别增加了柔性烧蚀层材料和氧化铝耐火棉,同时调整了Nextel织物和气凝胶的铺层数量,模拟1200℃的高温环境进行了热冲击试验。试验结果表明,所研制的材料能够满足耐温1200℃、持续时间100 s的要求;Nextel氧化铝织物作为防热层在1200℃下性能稳定,超过650℃时气凝胶快速收缩变形、破坏;在防热层增加耐火棉(毡)后,隔热效果明显提高,并可确保内部的气凝胶保持在分解温度以下。

充气式再入飞行器柔性热防护系统的发展状况

讨论了充气式再入飞行器对柔性热防护系统的具体要求 ,归纳了柔性热防护系统设计的一般准则。概述了柔性热防护系统在充气式再入飞行器中的应用现状 ,并指出在多层隔热毡 (MLI)外表敷设耐高温涂层是柔性热防护系统的理想方案。介绍了柔性热防护系统的材料技术 ,指出轻质、柔性和耐高温是柔性热防护材料的主要特征 ,并建议在充气式再入飞行器的总体设计过程中采用Nextel312作为主要候选材料来完成相应的热防护设计。

气动压力对柔性热防护结构隔热性能的影响

提出"等效导热热阻"这一参数来反映柔性热防护结构的隔热性能,用石英灯辐射加热和机械加压的方式来模拟柔性热防护结构服役过程中的的气动热/压环境,根据所做热试验的结果数据研究了在一定温度下,气动压力对柔性热防护结构等效导热热阻的影响规律。结果表明:随着气动压力的增大,柔性热防护结构的隔热性能呈非线性下降趋势,因此在对柔性热防护结构设计时,必须考虑其服役过程中表面气动压力对其隔热性能的影响。

柔性热防护系统及相关热考核试验

柔性热防护系统为高超声速充气气动减速器的防热需求而发展,主要为大质量地球再入及未来火星的进入、下降和着陆系统的防热而研发。本文介绍了美国针对高超声速充气气动减速器已经进行和正在策划的飞行试验情况以及火星进入、下降和着陆系统对柔性热防护系统的使用热环境需求。对柔性热防护系统的基本组成进行了介绍,详细描述柔性热防护系统的相关热考核试验。

充气式再入减速系统柔性热防护材料的设计及性能研究

针对充气式再入减速系统再入返回地球过程的热防护需求,在陶瓷纤维布和高强芳纶织物的基础上,使用氧化铝纤维毯、氧化铝复合二氧化硅纤维毯、二氧化硅纤维毯和气凝胶复合玻璃纤维,设计并制备了多层柔性热防护材料。通过热导率测试、静态热冲击试验、动态高焓风洞试验对材料的性能进行了验证。结果表明,所研制的多层柔性热防护材料在动态高焓风洞试验中结构保持完整,具有较好的隔热能力,保证内部承载层的温度在许用范围内,隔热层在试验后性状无明显变化,柔软、可折叠。

充气式再入与减速系统用柔性热防护材料高焓风洞试验研究

为考察充气式再入与减速系统用柔性热防护材料的真实性能,文章根据前期的技术基础和各材料的技术参数,确定了柔性热防护材料的结构组成,并研制了热防护材料试验件进行高焓风洞试验。结果表明:所研制的材料能够承受热流密度为25 W/cm^2、持续时间最长达300 s的高温环境;Nextel氧化铝织物作为防热层在超过1200℃下能够有效阻隔热流;无机隔热毡起到了有效的隔热作用,可确保内部Kevlar织物处于250℃以下的环境中。材料满足一定的轻量化要求,试验后整体力学性能稳定,热防护性能不受折叠和缝纫工艺影响。

材料和结构对柔性热防护材料性能的影响研究

为了对比不同结构与组成的耐高温柔性热防护材料,设计了地面热试验方案,模拟实际使用中的热辐射环境,分别对以高硅氧方格布、高硅氧缝合垫、高硅氧与玄武岩复合缝合垫为主体材料的热防护材料进行隔热性能测试,得到在650℃和900℃热流下保持1800 s时间的试验数据。在本试验工况下,采用高硅氧与玄武岩复合缝合垫为主体材料的热防护材料具有较好的高温隔热性能。通过分析不同材料的隔热性能及其差异产生的原因,试验结果可为今后相关领域的防热设计提供参考。

三种典型热防护系统发展概况

从材料、结构及性能三个方面介绍了柔性热防护系统、刚性陶瓷瓦热防护系统和金属热防护系统这三种典型的热防护系统。通过不同热防护系统间材料、结构及性能的对比可以看出热防护系统的发展趋势。

展开式月球基地热防护结构方案研究

建设月球基地是人类探测、开发和殖民外太空的第一步,也是最重要的一步。设计了一种新型的展开式月球基地方案,由空间可展开桁架结构与柔性热防护层合薄膜组成。设计了可展开桁架结构的9组拓扑方案和层合薄膜的7组设计方案,进行结构设计方案和强度、刚度与稳态热分析,确定最优的设计方案。针对展开式月球基地的最优设计方案,分析了整体结构性能,包括静力分析、模态分析及3种工况下的稳态热分析。分析结果表明:所设计的最优方案具有较好的结构力学性能和热防护性能,为月球基地的方案选型、结构设计与热防护系统设计提供了技术支持。