【摘 要】
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高超声速飞行器的高马赫数特征对其热防护系统提出了高服役温度和轻量化的双重要求,而传统的点阵夹芯结构多由金属或树脂基复合材料制备,其服役温度低,无法应用在热防护系统中。本文提出和采用耐高温的陶瓷基复合材料C/SiC制备出波纹、四棱锥点阵夹芯结构,其服役温度可高达1600℃,并具有轻量化的优点。进一步,通过力学、热学实验表征和数值仿真,系统地研究和获得了C/SiC点阵夹芯结构在平压和三点弯曲载荷下的强
【机 构】
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湖南大学机械与运载工程学院,长沙410082 北京理工大学先进结构技术研究院 北京100081
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高超声速飞行器的高马赫数特征对其热防护系统提出了高服役温度和轻量化的双重要求,而传统的点阵夹芯结构多由金属或树脂基复合材料制备,其服役温度低,无法应用在热防护系统中。本文提出和采用耐高温的陶瓷基复合材料C/SiC制备出波纹、四棱锥点阵夹芯结构,其服役温度可高达1600℃,并具有轻量化的优点。进一步,通过力学、热学实验表征和数值仿真,系统地研究和获得了C/SiC点阵夹芯结构在平压和三点弯曲载荷下的强度、刚度、破坏模式及失效演化规律,以及在高温环境的烧蚀和防隔热特性。在此基础上,本文提出了一种基于C/SiC点阵夹芯结构填充隔热材料的集成式热防护系统。以典型飞行器的气动载荷为设计依据,建立了集成式热防护系统的热力耦合分析和尺寸优化方法。分析和优化结果表明：相较于传统的高温合金夹芯结构热防护系统,本文设计的集成式热防护系统具有服役极限温度更高,面密度更小的优势,是一种更具应用前景的高超声速飞行器热防护系统。本文研究的陶瓷基复合材料夹芯结构提升了点阵结构的服役温度极限,并进一步拓展了点阵结构的多功能集成化和工程应用范围。
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