施剑玮¹，黄 杰^2,3，高代阳^3

(1. 上海飞机设计研究院，上海201210）

(2. 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，江苏 南京210016）

(3. 南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室，江苏 南京210016)

基金项目：博士后创新人才支持计划（BX20190152）；中国博士后科学基金资助项目（2019M660118）；江苏省博士后科研资助计划项目（2019K127）；江苏高校优势学科建设工程资助项目

作者简介：施剑玮（1979—）,男，高级工程师，硕士，主要研究方向为飞行器结构设计，shijianwei@comac.cc.

通讯作者：黄杰，男，博士，jiehuangxyz@163.com.

摘要：防热瓦是高超声速飞行器应用最广泛的隔热材料，对其进行了热控性能数值分析，并就防热瓦参数变化对各部件表面最高温度变化的影响进行了研究。结果表明，防热瓦最高温度及其出现时刻由外部热流峰值及其时刻决定，增加防热瓦比热容、厚度、密度、涂层发射率及降低防热瓦热导率均可有效降低应变隔离垫和机体的最高温度，提高系统的防热性能。增加涂层发射率可降低防热瓦的最高温度，其他参数变化对防热瓦最高温度的影响可以忽略。

关键词：陶瓷防热瓦；热控性能；参数研究；最高温度

中图分类号：V211.5   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)04-0076-05

高超声速是未来航空航天技术发展的重要方向，多个国家已经展开了高超声速飞行器如航天飞机、X-37B空天飞机及X-51A巡航导弹等的研制。相较于亚声速和超声速流动,高超声速流动最明显的特征是其受到飞行器头部强烈的压缩和壁面的滞止作用，激波层和边界层内的气体温度急剧上升，向飞行器蒙皮传递巨大的热量，形成了气动加热效应^［1-2］。

为了保证飞行器蒙皮等承力结构的温度在可承受范围内，通常需要在蒙皮外表面设计热防护系统。陶瓷防热瓦作为应用最广泛的隔热材料，一般是通过应变隔离垫（SIP）粘接于飞行器蒙皮（机体结构）上。目前已有一些学者通过试验和数值方法研究了陶瓷防热瓦的热控性能^［3-8］，其目的是保证防热瓦自身及蒙皮的最高温度在材料容许温度范围内，确保热防护系统和高超声速飞行器的安全。但是对热防护系统的热控分析仅能校核其安全性，无法指导热防护系统的设计，而热防护系统的设计需要对其进行参数影响研究。

本文采用有限元数值法进行了防热瓦热控性能分析，在此基础上研究了涂层发射率、防热瓦热导率、防热瓦比热容、防热瓦厚度及防热瓦密度对防热瓦热控性能的影响，获得了能直接用于指导工程设计的结论。