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非线性热环境下高温合金蜂窝板隔热性能研究
  • ISSN号:0459-1879
  • 期刊名称:力学学报
  • 时间:2012
  • 页码:297-307
  • 分类:V45[一般工业技术—材料科学与工程;航空宇航科学技术]
  • 作者机构:[1]北京航空航天大学航空科学与工程学院,100191, [2]北京航空航天大学宇航学院,100191
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(11172026,11002012),航空科学基金项目(2011ZD51043)和航天科技创基金重点项目(CASC201101)资助.
  • 相关项目:基于数字图像相关方法和瞬态气动热环境模拟系统的高温变形测量技术研究
中文摘要:

金属蜂窝板结构在高温热环境下的隔热特性是高速飞行器热防护设计的重要参数.使用自行研制的高速飞行器瞬态气动热试验模拟系统,对高温合金蜂窝平板结构在高达800℃的非线性热环境下的隔热性能进行实验研究,获得了蜂窝板结构的瞬态和稳态传热特性以及在多种不同温度下金蜂窝平板结构隔热效果的实验数据.在考虑结构内部蜂窝芯壁面问辐射、金属结构的传热以及蜂窝腔内空气传热的多重热交换条件下,采用二维有限元计算方法对蜂窝板的隔热特性进行了数值模拟,计算结果和试验结果的吻合性良好,验证了数值模拟方法的可信性和有效性,并为数值模拟方法能够在一定程度上较好地替代价格昂贵的气动热模拟试验打下了基础.讨论了在复杂非线性高温环境下金属蜂窝板隔热效率的变化,加热面温度的升降速度与隔热效率的关联性以及金属蜂窝板表面发射率的选取等问题,对高速飞行器金属蜂窝结构的热防护研究具有重要的参考价值.

英文摘要:

The heat-shielding characteristics of metallic honeycomb panel structure (MTPS) in high temper- ature environments are very important parameters for thermal protection design of high-speed aircrafts. Using the self-developed transient aerodynamic heating simulation system designed for high-speed aircrafts, the heat- shielding performance of MTPS in the non-linear high temperature environment up to 800℃ was experimentally investigated. The heat-transfer characteristics of MTPS at transient and steady states, and the heat insulation effects at various temperatures, were obtained. Also, by carefully considering the multiple heat exchange including the radiation among the inside honeycomb walls, the heat transfer of the metal structure and the heat transfer of the air within the honeycomb cavity, a three dimensional finite element model was established to simulate the heat-shielding performance of the honeycomb panels. The numerical simulations agree well with the experimental results, verifying the correctness and effectiveness of the numerical simulation method. The good agreements also confirm the feasibility of substituting expensive air thermal simulation testing using numerical simulation. Some other key issues, such as heat shielding efficiency variation of the MTPS in complex non-linear high temperature environment, the relutionship among the heat shielding efficiency, the change speed of front surface temperature and selection of emissivity for the MTPS' surface, were also discussed in this work, which provide important references for the heat-shielding of MTPS to be used in high-speed crafts.

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期刊信息
  • 《力学学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国力学学会 中国科学院力学研究所
  • 主编:魏悦广
  • 地址:北京市海淀区北四环西路15号中科院力学所内《力学学报》
  • 邮编:100190
  • 邮箱:lxxb@cstam.org.cn
  • 电话:010-62536271
  • 国际标准刊号:ISSN:0459-1879
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2062/O3
  • 邮发代号:2-814
  • 获奖情况:
  • 1992年首届自然科技期刊一等奖,1996年国家自然科技期刊二等奖,2000年首届国家期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国数学评论(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:13332