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摘要：增加隔热垫是直升机动力舱整流罩热防护的有效措施之一。文章以此为研究对象，建立了动力舱整流罩传热数学模型，提出了隔热垫最优厚度设计方法。并据此对选定工况下的隔热垫厚度进行了示例计算，结果表明：在整流罩内表面增加隔热垫对降低其表面温度效果显著，但隔热垫厚度过大，会导致整机重量增加、隔热垫高温侧温度升高。本文提出的隔热垫厚度设计方法可为动力舱整流罩隔热垫厚度选择及防护效果预示提供参考。
关键词：动力舱整流罩，隔热垫，厚度设计
1、引言
当前直升机结构中，动力舱整流罩已广泛应用复合材料蜂窝夹芯结构形式，以满足结构轻量化设计要求。然而，由于常规复合材料耐热性能的局限性，由环氧树脂体系和纸蜂窝夹芯制备而成的直升机发动机整流罩，曾出现内表面因发动机舱高温环境的冲击而焦化分层，进而影响整流罩的使用寿命和飞行气动平衡问题。显然，在整流罩靠近高温热源侧增加隔热垫[1]是针对此类问题最直接有效地解决措施。然而增加隔热垫就意味着整机重量的增加，是以本文主要针对动力舱整流罩隔热垫最优厚度设计方法进行研究，以期以最小的重量代价获得整流罩有效的热防护效果。
2、模型建立
对直升机发动机舱蜂窝夹芯结构整流罩而言，增加隔热垫后，围绕其进行的热传递行为可簡化描述为：隔热垫吸收高温热源的辐射热，经过四次热传导：隔热垫厚度方向、内面板厚度方向、蜂窝夹芯厚度方向和整流罩外面板厚度方向，最终热量通过整流罩外表面与环境的对流换热传递出去，如图1所示。
基于上述模型的数学描述如下：
发动机表面的辐射换热 [2]
3、分析计算
在直升机大功率工作工况下，以发动机表面温度280℃、环境温度30℃为例，选取导热系数0.05w/㎡·k的隔热材料，对其厚度进行设计计算，以满足复合材料的长期使用温度（115℃）要求。得到如图2所示的不同隔热垫厚度下整流罩内温度分布：
隔热垫高温侧温度随其厚度的变化曲线如图3所示。
由图2可知，在整流罩内表面增加隔热垫对降低其表面温度效果显著，整流罩内表面温度随隔热垫厚度增加而降低。
由图3可知，隔热垫高温侧温度会随着隔热垫厚度增加而升高。原因如下：1）由公式（2）可知，介质厚度增加时，则需要增大介质两侧温度势，以保证穿过介质的热流密度不变。2）隔热垫厚度增加，使得隔热垫与发动机间距减小，隔热垫接收的辐射热功率增大。由此可见，隔热垫厚度过大，不仅会导致整机重量增加，还会引起隔热垫高温侧温度升高，如此会带来增加隔热材料的工艺要求、提高经济成本的负面影响。
对本文所选高温工况，当隔热垫厚度增加到8mm时，整流罩内表面温度可降至115℃以下，满足复合材料长期使用温度要求。
4、结论
文章通过建立动力舱整流罩传热数学模型，提出了隔热垫最优厚度设计方法，并对示例工况下的隔热垫厚度进行了计算。结果表明：在整流罩內表面增加隔热垫对降低其表面温度效果显著，但隔热垫厚度过大，会导致整机重量增加、隔热垫高温侧温度升高。对所选工况来说，隔热垫最优厚度选择为8mm。
本文提出的隔热垫厚度设计方法可为动力舱整流罩隔热垫厚度选择及防护效果预示提供参考。
参考文献
[1] 成晓阳，王恒芝. 有机硅橡胶隔热垫的隔热性能研究[J] .航天制造技术，2006，第4期，29-32.
[2]贾力，方肇洪. 高等传热学[M].北京：高等教育出版社，2003，190-222.
[3] 杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，2006，4-458.
[3] 王芳.直升机发动机舱温度场仿真及改进设计研究[J].计算机仿真，2005，第9期：47-51.
[4] Chilton T H， Colburn A P. Mass transfer （absorption） coefficients： prediction from data on heat transfer and fluid friction [J]. Ind Eng Chem ，1934，26：1183-1187.
[5] Colburn A P. A method of correlating forced convection heat transfer data and comparison with fluid friction [J]. Trans AICHE， 1933， 29：174-180.
关键词：动力舱整流罩，隔热垫，厚度设计
1、引言
当前直升机结构中，动力舱整流罩已广泛应用复合材料蜂窝夹芯结构形式，以满足结构轻量化设计要求。然而，由于常规复合材料耐热性能的局限性，由环氧树脂体系和纸蜂窝夹芯制备而成的直升机发动机整流罩，曾出现内表面因发动机舱高温环境的冲击而焦化分层，进而影响整流罩的使用寿命和飞行气动平衡问题。显然，在整流罩靠近高温热源侧增加隔热垫[1]是针对此类问题最直接有效地解决措施。然而增加隔热垫就意味着整机重量的增加，是以本文主要针对动力舱整流罩隔热垫最优厚度设计方法进行研究，以期以最小的重量代价获得整流罩有效的热防护效果。
2、模型建立
对直升机发动机舱蜂窝夹芯结构整流罩而言，增加隔热垫后，围绕其进行的热传递行为可簡化描述为：隔热垫吸收高温热源的辐射热，经过四次热传导：隔热垫厚度方向、内面板厚度方向、蜂窝夹芯厚度方向和整流罩外面板厚度方向，最终热量通过整流罩外表面与环境的对流换热传递出去，如图1所示。
基于上述模型的数学描述如下：
发动机表面的辐射换热 [2]
3、分析计算
在直升机大功率工作工况下，以发动机表面温度280℃、环境温度30℃为例，选取导热系数0.05w/㎡·k的隔热材料，对其厚度进行设计计算，以满足复合材料的长期使用温度（115℃）要求。得到如图2所示的不同隔热垫厚度下整流罩内温度分布：
隔热垫高温侧温度随其厚度的变化曲线如图3所示。
由图2可知，在整流罩内表面增加隔热垫对降低其表面温度效果显著，整流罩内表面温度随隔热垫厚度增加而降低。
由图3可知，隔热垫高温侧温度会随着隔热垫厚度增加而升高。原因如下：1）由公式（2）可知，介质厚度增加时，则需要增大介质两侧温度势，以保证穿过介质的热流密度不变。2）隔热垫厚度增加，使得隔热垫与发动机间距减小，隔热垫接收的辐射热功率增大。由此可见，隔热垫厚度过大，不仅会导致整机重量增加，还会引起隔热垫高温侧温度升高，如此会带来增加隔热材料的工艺要求、提高经济成本的负面影响。
对本文所选高温工况，当隔热垫厚度增加到8mm时，整流罩内表面温度可降至115℃以下，满足复合材料长期使用温度要求。
4、结论
文章通过建立动力舱整流罩传热数学模型，提出了隔热垫最优厚度设计方法，并对示例工况下的隔热垫厚度进行了计算。结果表明：在整流罩內表面增加隔热垫对降低其表面温度效果显著，但隔热垫厚度过大，会导致整机重量增加、隔热垫高温侧温度升高。对所选工况来说，隔热垫最优厚度选择为8mm。
本文提出的隔热垫厚度设计方法可为动力舱整流罩隔热垫厚度选择及防护效果预示提供参考。
参考文献
[1] 成晓阳，王恒芝. 有机硅橡胶隔热垫的隔热性能研究[J] .航天制造技术，2006，第4期，29-32.
[2]贾力，方肇洪. 高等传热学[M].北京：高等教育出版社，2003，190-222.
[3] 杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，2006，4-458.
[3] 王芳.直升机发动机舱温度场仿真及改进设计研究[J].计算机仿真，2005，第9期：47-51.
[4] Chilton T H， Colburn A P. Mass transfer （absorption） coefficients： prediction from data on heat transfer and fluid friction [J]. Ind Eng Chem ，1934，26：1183-1187.
[5] Colburn A P. A method of correlating forced convection heat transfer data and comparison with fluid friction [J]. Trans AICHE， 1933， 29：174-180.