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基于再入轨迹和气动热环境的返回舱烧蚀研究
  • ISSN号:1000-6893
  • 期刊名称:航空学报
  • 时间:2014.1.1
  • 页码:80-89-
  • 分类:V411.8[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程;航空宇航科学技术]
  • 作者机构:[1]华南理工大学自主系统与网络控制教育部重点实验室,广东广州510640, [2]华南理工大学自动化科学与工程学院,广东广州510640
  • 相关基金:国家自然科学基金(61174053);高等学校博士学科点专项科研基金(20100172110023)
  • 相关项目:基于预估的新型飞行器重构控制策略研究
中文摘要:

针对再入全过程合理预测热防护罩表面材料烧蚀深度和温度的动态变化问题,提出融合再入轨迹、气动热以及Newton-Raphson和三对角矩阵算法(TDMA)构建动态烧蚀的方法。该方法建立直人式和跳跃式三自由度再入轨迹,应用修正的牛顿流体理论估算气动参数,以及修正的Fay-Riddell和Sutton—Grave理论计算驻点区域的热流密度,利用一维非线性热传导方程模拟了热防护材料的烧蚀过程。仿真结果表明:此方法实现了再入全过程热防护材料烧蚀深度和温度连续动态变化的预测,同样适用于更为复杂结构飞行器的动态烧蚀预测,与热平衡积分法(HBI)相比其结果可靠合理,为进一步优化热防护系统(TPS)提供了一定的参考依据。

英文摘要:

The ablation of a heat shield subjected to dynamic changes of the surface material depth and temperature can be reasonably predicted in the whole re-entry process. The approach of constructing a dynamic ablation process is presented by combining the reentry trajectory and aerodynamic heat with Newton-Raphson and tridiagonal matrices (TDMA) algorithms. A three degrees of freedom direct and skip re-entry trajectory model is established. The modified Newtonian flow theory,Fay-Riddell and Sutton-Grave theory are adopted to calculate respectively the aerodynamic parameters and stagnation heat flux. A one dimensional nonlinear heat conduction model is employed to simulate the process of thermal protective material abla- tion. The results of ablation prediction demonstrate that continuous dynamic change of the surface material depth and the temperature can be realized. The proposed method can be applied to more complicated structures of the flight vehicles and the results of it are shown to be reliable and reasonable by comparing them with those of the heat balance integral (HBI) method. This study provides a reference for further optimization of the design of thermal protection systems (TPS).

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期刊信息
  • 《航空学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国航空学会
  • 主编:孙晓峰
  • 地址:北京海淀区学院路37号
  • 邮编:100083
  • 邮箱:hkxb@buaa.edu.cn
  • 电话:010-82317058 82318016
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6893
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1929/V
  • 邮发代号:82-148
  • 获奖情况:
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,美国应用力学评论,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:24676