疏导式热防护_李锋_9787515912448_上海联诚图书有限公司

本书系统阐述了疏导式热防护的典型性能表征、结构特征及适用的条件，疏导式防热的物理机制，复杂外形热环境预测技术，高温和超高温热管，以及热防护试验技术。内容具有较强的学术性和工程价值。
本书适合于从事疏导式热防护的技术人员、科研人员及高等院校相关专

航天液体推进技术是人类空间活动的基础,其概念提出和理论
适应飞行器在大气层中长程飞行要保持气动外形不变的需求,近些年高超声速飞行器
非烧蚀防热受到了特别关注。本书介绍的疏导式热防护就是这种新型非烧蚀防热的一种有
效技术。它是在总结烧蚀式热防护历史作用和局限性的基础上,根据新型高超声速飞行器
的热环境特点而提出的。它借助于热疏导介质和高效隔热材料的合理运用,在飞行器防热
结构中建立了热量定向流动机制,将复杂外形强加热区的热量导向低温区,限制热量向飞
行器内部传递而扩大向外辐射散热,从而达到外层不烧蚀、内部限温升的热防护目标。
第1章是概论,从高超声速飞行器的热障问题出发,简要叙述了从烧蚀到非烧蚀
热防护技术的发展,进而介绍了疏导式热防护概念的产生,及其物理机制和技术特点。热
环境是热防护设计的前提和依据,第2章对复杂外形飞行器在大空域长程飞行所经历的热
环境,从数值模拟、工程计算两个方面给出了有针对性的预测方法。同时还介绍了高超声
速风洞的测量与对理论预测技术的验证。第3章是本书的核心,在系统介绍快速传热、高
效隔热、辐射散热控制和表面抗氧化4个物理机制的基础上,阐述了疏导式热防护的基本
思想、理论特点和技术实现途径,并举例说明了热疏导思想的应用。鉴于高温热管在疏导
式防热技术实现中的重要性和在热防护领域中应用的新颖性,并考虑到国内有关高温热管
资料的缺乏状态,本书第4章专门介绍了高温热管的工作原理、制作和应用。对于一个新
型热防护理论与途径的探索,必须有相应的试验验证,第5章在系统讲述热防护试验模拟
技术、试验与测试技术的基础上,介绍了疏导式热防护试验条件的建立和验证试验的做法
与结果,该章内容也弥补了目前国内没有热防护试验相关专著的不足。
本书是在国防973项目高超声速飞行器疏导式热防护机理与途径研究研究成果的
基础上集体创作而成的,李锋为该项目的首席科学家,其他作者都是项目的研究者,主要
包括:第1章,李锋,姜贵庆;第2章,程晓丽;第3章,俞继军;第4章,曲伟;第5
章,欧东斌、李廷林。李锋、姜贵庆、李廷林对全书进行了统稿与审校。张学军、毕志
献、陈思员、罗晓光、邓代英为本书的编撰提供了有价值的素材和资料;艾邦成、陈连忠
给予了重要的建议和支持;靳旭红对全书图表、文献等进行了整理与标校。特别是童秉纲
院士除在项目研究中给予多方指导外,还为本书作序,对本书做出了客观的评价与推荐。
在这些同志的共同努力下,本书得以顺利出版,在此一并感谢!
作者

目录
第1章概论 …………………………………………………………………………………… 1
1.1 高超声速飞行器烧蚀热防护的应用与局限 ………………………………………… 1
1.1.1 烧蚀热防护的应用 ……………………………………………………………… 1
1.1.2 烧蚀热防护的局限性 …………………………………………………………… 2
1.2 非烧蚀热防护 ………………………………………………………………………… 3
1.2.1 新型高超声速飞行器的热环境特性 …………………………………………… 3
1.2.2 非烧蚀热防护功能 ……………………………………………………………… 4
1.2.3 非烧蚀热防护的飞行试验尝试与面临的挑战 ………………………………… 5
1.3 疏导式热防护 ………………………………………………………………………… 6
1.3.1 疏导式热防护机制 ……………………………………………………………… 6
1.3.2 疏导式热防护的结构特征 ……………………………………………………… 7
1.3.3 疏导式热防护的典型性能表征 ………………………………………………… 7
1.3.4 疏导式热防护的特点及适用的条件 …………………………………………… 8
参考文献 …………………………………………………………………………………… 10
第2章复杂外形热环境预测技术 ………………………………………………………… 11
2.1 热环境工程计算方法 ………………………………………………………………… 12
2.1.1 基于边界层理论的热流预测方法 ……………………………………………… 13
2.1.2 稀薄气体效应对气动加热的影响 ……………………………………………… 27
2.2 热环境数值模拟技术 ………………………………………………………………… 32
2.2.1 热环境预测中的数值计算方法 ………………………………………………… 33
2.2.2 热环境数值预测的后处理技术 ………………………………………………… 40
2.2.3 网格尺度的准则 ………………………………………………………………… 44
2.2.4 应用实例及展望 ………………………………………………………………… 49
2.3 风洞热环境试验技术 ………………………………………………………………… 51
2.3.1 薄膜热电阻热流测量方法 ……………………………………………………… 52
2.3.2 磷光热图热流测量方法 ………………………………………………………… 57
2.3.3 红外热图热流测量试验方法 …………………………………………………… 64
2.3.4 薄壁模型热流测量试验方法 …………………………………………………… 68
参考文献 …………………………………………………………………………………… 71
第3章疏导式防热的物理机制 …………………………………………………………… 75
3.1 快速传热机制 ………………………………………………………………………… 75
3.1.1 快速传热的概念和表征 ………………………………………………………… 76
3.1.2 快速传热的材料和元件 ………………………………………………………… 78
3.1.3 接触热阻 ………………………………………………………………………… 80
3.1.4 快速传热预测技术及电加试验验证 …………………………………………… 83
3.1.5 快速传热效率的影响因素与分析 ……………………………………………… 89
3.2 高效隔热机制 ………………………………………………………………………… 93
3.2.1 典型隔热材料的制备与结构 …………………………………………………… 94
3.2.2 隔热性能与影响因素 …………………………………………………………… 95
3.2.3 传热模型与模拟方法 …………………………………………………………… 99
3.2.4 高效隔热材料相关参数的辨识方法 ………………………………………… 106
3.3 辐射散热控制机制 ………………………………………………………………… 111
3.3.1 辐射散热与疏导式热防护 …………………………………………………… 111
3.3.2 辐射散热性能的影响因素 …………………………………………………… 112
3.3.3 典型防热材料表面的辐射特性 ……………………………………………… 116
3.3.4 疏导式热防护辐射散热控制机制 …………………………………………… 119
3.4 表面抗氧化机制 …………………………………………………………………… 122
3.4.1 材料高温氧化性质概述 ……………………………………………………… 122
3.4.2 影响材料高温抗氧化性能的因素及材料选取方法 ………………………… 123
3.4.3 典型复合材料的抗氧化性能预测技术 ……………………………………… 126
3.5 疏导式热防护技术的应用 ………………………………………………………… 135
3.5.1 疏导式热防护的技术特征和应用条件 ……………………………………… 136
3.5.2 疏导式热防护技术的典型应用 ……………………………………………… 137
3.5.3 热疏导思想在国外的探索与应用 …………………………………………… 144
参考文献 …………………………………………………………………………………… 147
第4章高温和超高温热管 ………………………………………………………………… 151
4.1 热管的概念 ………………………………………………………………………… 152
4.1.1 热管的特性 …………………………………………………………………… 152
4.1.2 传热极限 ……………………………………………………………………… 156
4.1.3 工作流体 ……………………………………………………………………… 160
4.1.4 毛细芯 ………………………………………………………………………… 162
4.1.5 热管分类 ……………………………………………………………………… 165
4.2 热管的工作原理 …………………………………………………………………… 167
4.2.1 相与相变 ……………………………………………………………………… 168
4.2.2 表面力作用 …………………………………………………………………… 171
4.2.3 工质流动 ……………………………………………………………………… 178
4.2.4 转换温度 ……………………………………………………………………… 183
4.2.5 热管启动 ……………………………………………………………………… 184
4.3 热管的制备和测试 ………………………………………………………………… 187
4.3.1 工艺流程 ……………………………………………………………………… 187
4.3.2 抗氧化涂层 …………………………………………………………………… 189
4.3.3 工质的保护充装 ……………………………………………………………… 191
4.3.4 毛细芯泵吸能力试验 ………………………………………………………… 194
4.3.5 高温热管试验 ………………………………………………………………… 195
4.3.6 过载试验 ……………………………………………………………………… 198
4.4 热防护异形热管 …………………………………………………………………… 201
4.4.1 工质的物性 …………………………………………………………………… 202
4.4.2 J和 V形热管 ………………………………………………………… 204
4.4.3 翼前缘腔体热管 ……………………………………………………………… 207
4.4.4 特点比较 ……………………………………………………………………… 209
参考文献 …………………………………………………………………………………… 211
第5章热防护试验技术 …………………………………………………………………… 216
5.1 热防护试验的特点和模拟 ………………………………………………………… 217
5.1.1 热防护试验的特点 …………………………………………………………… 217
5.1.2 热环境模拟的参数选择 ……………………………………………………… 219
5.1.3 热响应特性的主要参数 ……………………………………………………… 221
5.1.4 热防护试验的简化 …………………………………………………………… 222
5.1.5 加热方式选择 ………………………………………………………………… 225
5.2 热防护试验技术和典型试验 ……………………………………………………… 227
5.2.1 常用热防护试验技术 ………………………………………………………… 227
5.2.2 典型热防护试验 ……………………………………………………………… 234
5.2.3 其他热防护试验 ……………………………………………………………… 245
5.3 热防护试验的参数测量 …………………………………………………………… 247
5.3.1 热环境参数测量 ……………………………………………………………… 247
5.3.2 热响应参数测量 ……………………………………………………………… 253
5.4 疏导式热防护试验 ………………………………………………………………… 262
5.4.1 疏导式热防护试验条件的建立 ……………………………………………… 262
5.4.2 疏导式热防护试验模型 ……………………………………………………… 265
5.4.3 疏导式热防护验证试验 ……………………………………………………… 267
参考文献 …………………………………………………………………………………… 276

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