2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、當(dāng)航天飛行器再入大氣層時(shí)經(jīng)受劇烈的氣動加熱,必需采用熱防護(hù)系統(tǒng)(Thermal Protection System,TPS)對飛行器的機(jī)體加以保護(hù).未來可重復(fù)使用的先進(jìn)TPS 將是更多種材料及結(jié)構(gòu)形式的綜合應(yīng)用,并且是氣動熱、結(jié)構(gòu)與材料的一體優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果,以實(shí)現(xiàn)發(fā)射有效載荷的成本將減少一個(gè)數(shù)量級的宏偉目標(biāo),與此相應(yīng)的是對熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及理論研究提出新的挑戰(zhàn).通過先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法來實(shí)現(xiàn)先進(jìn)TPS,不僅要依靠提高材料性能、創(chuàng)造全新的防熱結(jié)構(gòu)

2、,而且要重視對TPS熱分析模型的研究以此來提高熱分析及相關(guān)性能參數(shù)預(yù)測的精確性,并通過精細(xì)的熱分析計(jì)算實(shí)現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)自身性能的優(yōu)化及由此帶來的TPS性能提高.氣動熱、結(jié)構(gòu)與材料的緊密關(guān)系,使TPS的設(shè)計(jì)不可能像以往那樣單獨(dú)考慮防熱問題;隔熱結(jié)構(gòu)形式的復(fù)雜化,控制變量的增加,在增加了實(shí)驗(yàn)的難度與負(fù)擔(dān)的同時(shí)增強(qiáng)了理論分析的重要性與依賴性,多學(xué)科的一體優(yōu)化研究在TPS設(shè)計(jì)中發(fā)揮越來越重要的作用.本文對熱防護(hù)系統(tǒng)的非灰體隔熱纖維層結(jié)構(gòu)的熱分析模型

3、與一體優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究,不僅有利于熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及理論發(fā)展,也具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值. 本文研究是以發(fā)展航空和宇航科技為長遠(yuǎn)目標(biāo)而制定的,目的就是提供給航天飛行器一個(gè)優(yōu)化的熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì),并以熱防護(hù)系統(tǒng)非灰體隔熱纖維層結(jié)構(gòu)和一體優(yōu)化設(shè)計(jì)為具體研究目標(biāo)開展以下研究:(1)對非灰體隔熱纖維層及多層結(jié)構(gòu)建立熱分析模型并進(jìn)行數(shù)值求解;(2)基于本文發(fā)展的熱分析模型開發(fā)TPS一體優(yōu)化系統(tǒng),對TPS進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);(3)對非灰體纖維層熱輻射

4、特性及隔熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值預(yù)測數(shù)據(jù)的對比,對實(shí)驗(yàn)和本文所發(fā)展的熱分析模型及其數(shù)值求解的可靠性進(jìn)行相互驗(yàn)證,通過實(shí)驗(yàn)研究可以得到具體材料的部分特性數(shù)據(jù)并為下一階段熱真空的 TPS 材料優(yōu)選奠定基礎(chǔ).最后,本文把智能型TPS作為一個(gè)探索方向,對智能型TPS在減輕質(zhì)量方面的優(yōu)勢及潛力做了初步探討. 本文所進(jìn)行的具體工作及取得主要成果如下: (1)發(fā)展了一個(gè)詳細(xì)的熱分析模型用于研究高空隙率、高溫的非灰體

5、半透明纖維隔熱層內(nèi)的熱輻射、熱傳導(dǎo)和熱對流.纖維之間的熱輻射,纖維內(nèi)的熱傳導(dǎo)(纖維之間以及氣體之間的熱傳導(dǎo))和纖維與周圍氣體之間的熱對流都被考慮.這個(gè)模型不僅提高了熱分析的精度還可用來分析TPS內(nèi)自然對流的影響.(2)構(gòu)建了多層隔熱結(jié)構(gòu)的瞬時(shí)輻射和傳導(dǎo)耦合的熱分析模型,該模型運(yùn)用輻射傳遞方程(RTE)來分析非灰體纖維層隔熱材料的熱輻射傳遞,這將提高熱分析及相關(guān)性能參數(shù)預(yù)測的精確性,通過這個(gè)精細(xì)的熱分析模型的計(jì)算從而實(shí)現(xiàn).TPS自身性能的

6、優(yōu)化及由此帶來的TPS性能提高. (3)建立了帶反射屏的高空隙率非灰體纖維多層隔熱結(jié)構(gòu)的熱分析模型,用于研究帶反射屏的高空隙率、高溫非灰體半透明多層纖維隔熱結(jié)構(gòu)內(nèi)的熱輻射、熱傳導(dǎo)和熱對流,從而為這類具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和傳熱機(jī)理的熱防護(hù)系統(tǒng)提供精確的熱分析.(4)開發(fā)了一體優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng),它包括氣動熱和TPS瞬態(tài)熱反應(yīng)、TPS尺寸確定、顯示TPS各種參數(shù)隨時(shí)間變化的過程,它也包括一個(gè)優(yōu)化功能,用來決定防止下層結(jié)構(gòu)超出操作溫度所需.TPS

7、材料的最小尺寸.這個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的特點(diǎn)是它的擴(kuò)展功能: 用來分析帶有多層非灰體隔熱纖維材料的金屬TPS和智能型TPS的熱反應(yīng),為下一代或未來的TPS設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ).這個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)被應(yīng)用到一個(gè)航天飛機(jī)的TPS設(shè)計(jì)上,其設(shè)計(jì)結(jié)果與獲得的參考結(jié)果吻合度較高,系統(tǒng)的擴(kuò)展功能也展現(xiàn)了它在未來TPS設(shè)計(jì)應(yīng)用中的強(qiáng)大功能.(5)利用傅立葉紅外變換光譜儀(FFIR,Fourier Transform Infrared Spectroscopy)對石英

8、纖維樣本進(jìn)行不同紅外波長(2.5μm~25μm)的光譜透射率測試,然后通過建立分析模型求得光譜消光系數(shù),輻射系數(shù)等.通過與理論數(shù)據(jù)的比較,該研究方法的可行性得到證明. (6)設(shè)計(jì)并建造了自己的實(shí)驗(yàn)臺,并且對纖維隔熱層及其多層隔熱結(jié)構(gòu)(石英纖維,非灰體材料)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)測試,得到有效導(dǎo)熱系數(shù)及其熱反應(yīng)性能等數(shù)據(jù),這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)被用于多層隔熱結(jié)構(gòu)傳熱模型的驗(yàn)證,并得到較好效果,更重要的是這個(gè)實(shí)驗(yàn)臺在以后的TPS研究中會起到更大的

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