·测试分析：
某飞行器防热材料力学性能测试与分析
郭辉荣程昌邓智军（中国航天三江集团设计所，武汉430040）
文摘按照飞行过程中的防热层温度变化情况，对某飞行器防热材料进行了不同温度下的弯曲性能测试。测试结果表明，该防热材料在升温和降温过程中，在相同温度点具有明显不同的力学性能。根据材料性能测试结果，用有限元方法进行模拟，进一步得出该材料的弯曲模量与拉伸模量的关系，为防热结构进行有限元分析提供材料性能数据支撑。
关键词飞行器，防热材料，弯曲，测试，有限元
中图分类号：V45
D0I:10.3969/j.issn.10072330.2016.05.014
TestandAnalysisofMechanicalPropertiesof
AircraftThermal-ProtectionPaterial
GUOHuirong
CHENGChang
DENGZhijun
(China Aerospace SanJiang Group Design Corporation,Wuhan430040）
AbstractTo study the mechanical properties of a new material with the change in temperature during the flight, a bending test is conducted in different temperatures. The result of the test indicates that in the same temperature, the mechanical properties of the material in the temperature rising period is apparently different compared with it in the cooling down period. According to test result, the relation between tensile modulus and bending modulus of the mate-rial is gained by the FEM analysis and the data is used for the FEM analysis of the new thermal-protection structure.
Key wordsAircraft,Thermal-protection material,Bending test,FEM analysis
0引言
高超声速飞行器是未来重要的飞行工具，飞行器以超声速或高超声速飞行时，由于空气黏性作用，物面边界层内具有很大速度梯度的各种气流层产生了强烈的摩擦，造成整面温度升高。高温空气将不断向低温壁面传热，引起很强的气动加热(1)。气动加热使得飞行器本身温度升高，使得材料的机械性能不断下降，有可能导致飞行器外形、结构强度及刚度的改变，对飞行器的正常飞行造成极为严重的影响。
为确保飞行器各部分主体结构材料在安全的使用温度范围内，高速飞行器的防热设计是必不可少的。由于结构空间限制，超高声速飞行器多数采用被动防热防护设计方式：采用抗和隔相结合的防热设计方案，外部采用耐高温复合材料与低密度新型隔热材
收稿日期：2015-12-10
料相结合，保证结构外形和强度、刚度以及工作环境要求。如X-51A和X-43A飞行器的主体结构的外层都使用增韧陶瓷进行大面积热防护，机体下表面等高温区采用陶瓷防热瓦、应变隔离垫、填充料和填充条进行组合防隔热(2】,其中应变隔离垫的作用是吸收因陶瓷瓦和主承力结构体之间膨胀率不一致而引起的变形。
总之，高超声速飞行器热防护系统要具备较好的热防护功能，保证在飞行载荷和热载荷的作用下，结构具有足够的强度和刚度，以保证飞行器的安全性和可靠性。高超声速飞行器材料和结构的热防护与热强度问题是事关飞行器研制成败的关键。这就对防热材料提出了极高的要求，在高温下既要耐烧蚀，同时还需要具备较好的力学性能。本文接照飞行过程
作者简介：郭辉荣，1976年生，高级工程师，主要从事弹体结构设计与分析，E-mail：ghm@tom.com
宇航材料工艺万方数据
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2016年第5期
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