高超聲速飛行器熱防護(hù)及紅外輻射特性分析.pdf

1、高超聲速飛行器其主要特點(diǎn)是飛行速度超高，可達(dá)到5倍音速或以上。其高機(jī)動性、快速打擊能力、遠(yuǎn)距離的精確打擊等非常規(guī)武器的性能，使該類飛行器收到各國的爭相追捧。該類飛行器的動力可由超然沖壓發(fā)動機(jī)提供，但是強(qiáng)烈的氣動加熱效應(yīng)使得飛行器表面局部會產(chǎn)生極高的溫度，尤其前緣駐點(diǎn)及翼緣部位，高溫所產(chǎn)生的強(qiáng)輻射亦會使得飛行器更易被紅外探測系統(tǒng)捕捉。這些因素均使得飛行器的生存性能受到極大的考驗(yàn)。因此，對飛行器進(jìn)行熱防護(hù)及紅外隱身設(shè)計(jì)分析，提升飛行器的安全

2、性能就顯得尤為重要。
　　光子晶體材料由于內(nèi)部光子帶隙的存在，使得其可以實(shí)現(xiàn)局部波段輻射的全反射，同時(shí)具有較低的熱導(dǎo)系數(shù)，使得該材料在熱防護(hù)及紅外隱身領(lǐng)域具有極高的應(yīng)用價(jià)值。
　　本文主要圍繞典型工況下飛行器內(nèi)部、外部溫度場及表面紅外輻射特性進(jìn)行分析。利用幾種不同的工程熱流密度計(jì)算公式，對比計(jì)算分析飛行器表面不同位置的熱流密度大小。以計(jì)算出的熱流密度作為邊界條件，研究了典型工況下HIFIRE高超聲速飛行器內(nèi)外部溫度場分布，并

3、將該計(jì)算結(jié)果與基于Fluent流-熱耦合計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證?；诒砻鏈囟葓鰯?shù)據(jù)，求解分析了飛行器表面紅外輻射場，同時(shí)，對大氣環(huán)境的影響作用予以充分考慮。最后，應(yīng)用傳輸矩陣方法，計(jì)算分析了一維光子晶體材料的帶隙分布，并提出了六種優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，同時(shí)，將光子晶體材料作為熱防護(hù)材料，驗(yàn)證分析了光子晶體作為熱防材料的可行性。
　　通過研究分析發(fā)現(xiàn)，光子禁帶可以有效地抑制特定波段的紅外輻射，應(yīng)用文中提出的六種優(yōu)化方案中針對3~5μm波段范圍

4、的“耦合優(yōu)化方法”，可以有效地減小該波段范圍內(nèi)的總紅外輻射，下降幅度達(dá)96.94％。文中所設(shè)計(jì)的C/SiC-PC-基體三層熱防護(hù)組合系統(tǒng)，有著較強(qiáng)的熱防護(hù)能力，能夠有效地阻止熱量向內(nèi)部傳遞。
　　本文將光子晶體材料與熱分析相結(jié)合進(jìn)行計(jì)算討論，分析探討了一維光子晶體材料作為紅外隱身及熱防護(hù)材料的可能性，并據(jù)此提出六種優(yōu)化設(shè)計(jì)方案及熱防護(hù)材料組合方案，為高超聲速飛行器紅外隱身設(shè)計(jì)及熱防護(hù)方案設(shè)計(jì)提供了一種新思路，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值