基于多场耦合碳/碳复合材料传热及烧蚀响应

• 作者: 孙学文 杨海波 米涛
• 来源期刊: 工程科学学报
• 学科: 航空航天
• 关键词: 高超声速 碳/碳复合材料 热防护材料 烧蚀 多场耦合 数值模拟
• 年，卷（期）: 2020,（8）
• 页码范围: 1040-1047
• 页数: 8页
• 分类号: V244.1
• 语种: 中文

摘要

碳/碳复合材料作为热防护材料多用在高超声速飞行器鼻锥、机翼前缘等位置.为准确预测其传热及烧蚀响应,采用多场耦合策略,考虑外部流场热化学非平衡效应、固体材料传热以及材料表面烧蚀,建立高超声速气动热环境下碳/碳复合材料的流-热-烧蚀多场耦合模型,预测碳/碳复合材料瞬态温度场分布、烧蚀速率以及烧蚀外形变化等.计算得到材料模型驻点区壁面温度和热流值随着时间的推移发生了显著的变化,初始时刻热流值较大,1 s时驻点热流密度为17.22 MW?m-2,随着时间推移,壁面温度增大,驻点区温度梯度减小,热流值也减小,30 s时驻点热流密度为10.22 MW?m-2.材料模型驻点区的温度较高,材料表面反应活跃,烧蚀较为严重,而模型侧面只发生少量烧蚀,烧蚀前后材料模型外形发生一定的变化,前缘半径增大,30 s时材料驻点烧蚀深度为17.47 mm.结果表明:在高超声速气动热环境下,碳/碳材料模型发生一定的烧蚀后退,导致外部流场以及热载荷发生变化,采用流-热-烧蚀多场耦合模型可有效预测不同时刻材料的传热及烧蚀响应,为热防护系统的设计提供一定的参考.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	杨海波	北京科技大学机械工程学院	43	154	8.0	11.0
7	孙学文	北京科技大学机械工程学院	3	3	1.0	1.0
11	米涛	北京科技大学机械工程学院	5	4	1.0	2.0