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2006年第4期总第284期导弹与航天运载技术MISSILEANDSPACEVEHCILENO.420()6SumNO.284文章编号:1004.7182(2006)04—0048-05金属热防护系统隔热材料的发展与现状闰长海,孟松鹤,陈贵清,杜善义(哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所,哈尔滨,150080)摘要:对金属热防护系统隔热材料在航天器再入过程中的传热进行了分析,在此基础上,对纤维隔热材料、多层隔热材料和纳米复合材料涂层进行了介绍;比较了3种隔热材料应用到金属热防护系统上的优缺点;最后总结了金属热防护系统隔热材料正向低成本、低质量、低导热系数的方向发展。‘关键词:金属热防护系统;隔热材料;热辐射;航天器‘中图分类号:v45文献标识码:ADevelopmentofInsulationsforMetallicThermalProtectionSystemanditsCurrentStatusYanChanghai,MengSonghe,ChenGuiqing,DuShanyi(CenterforCompositeMaterialsofHarbinInstituteofTechnology,Harbin,150080)Abstract:Havinganalyzedtheheattransferofinsulationsformetallicthermalprotectionsystemduringspacecraftreentry,3kindsofinsulations,includingfibrousinsulation,multi—layerinsulationandnano—compositecoating,areintroduced.Theiradvantagesanddisadvantagesshownwhiletheyareappliedtometallicthermalprotectionsystemsarecompared.Developmenttrendofinsulationsformetallicthermalprotectionsystemwhichislowincost,weightandthermalconductivityissummarized.KeyWords:Metallicthermalprotectionsystem;Insulationmaterial;Thermalradiation;Spacecraft●_‘’-一1月IJ旨航天器再入时要以很高的速度进入大气层,在空气动力的作用下急剧减速,同时其巨大的动能和位能转化为巨大的热能,而热防护系统的作用就是尽量减少进入航天器内部的热能,使航天器机身及其内部部件在合理的温度范围之内正常工作⋯。由此可见,热防护系统是航天器的重要组成部分。目前可重复使用航天器一直是各国下一代航天器开发的重点,多种可重复使用热防护系统都被设计开发出来,其中金属热防护系统的研究和发展都很快并显示出很强的竞争力,使之很有希望应用到下一代可重复使用航天器上【2】。以X一33金属热防护系统为例【3(图1),金属热防护系统是由表面的高温合金蜂窝盖板、隔热材料和内部钛合金蜂窝板3层结构组成。表面用高温合金蜂窝盖板抵挡在发射和飞行中外来物体的撞击。在飞行器重返大气时,表面盖板由于受到严重的气动加热,温度最高达1100℃,而由于机身是铝合金制成的,最高设计温度为176℃,中间隔热材料的作用是隔绝900℃以上的温差。纤维隔热材料的主要作用是限收稿日期:2005.06.29基金项目:国家自然科学基金(90405016:90205034)作者简介:闰长海(1972.),男,博士研究生,主要从事航天器热防护系统的研究维普资讯http://www.cqvip.com第4期闫长海等金属热防护系统隔热材料的发展与现状49制进入机体内部的热流密度。对于稳态传热,进入机体内热流密度可以表示为口:兰一(1Zil)口=一,‘h式中g为进入机体的热流密度;k为纤维隔热材料的有效导热系数;h为纤维隔热材料的厚度:AT为隔热材料上下表面的温度差。蜂窝板图1X.33金属热防护系统示意图纤维隔热材料的密度公式:D:(2)z式中p为纤维隔热材料的密度;m为质量;A为纤维隔热材料的表面积。把式(1)和(2)联立可得:,,z:pA(3)g在设计金属热防护系统时,AT/q是一定的,所以设计时要做的工作就是使纤维隔热材料的质量最小,也就是使pAk最小,由于表面积A基本不变,所以使最小是选取纤维隔热材料最为重要的指标。在p七相同的情况下,尽量选取密度大的纤维隔热材料,这是由于密度大的纤维隔热材料的厚度小,这样就会使A相对减小,所以在相同的情况下,密度大的纤维隔热材料的总质量最小。从以上分析可以看出,在相同密度的条件下,纤维隔热材料k值越小纤维隔热材料隔热性能越好。要想研制和开发低导热系数的纤维隔热材料,首先必须弄清楚纤维隔热材料在再入过程中的传热机理,这对于纤维隔热材料的研制和改进有指导的意义。2隔热材料在再入段的传热分析热量的传递依靠3种基本方式:...

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