疏导式热防护结构试验及数值分析

孔维萱，杨凯威，夏吝时，高莹莹，景 昭

（北京航天长征飞行器研究所，北京，100076）

0 引 言

热防护设计是制约高速再入飞行器发展的关键技术之一。再入飞行器在前缘和局部凸起部位需要承受极强的气动加热，这种苛刻的热环境对传统热防护结构提出了严峻的挑战。传统的烧蚀型热防护，在烧蚀过程中结构气动外形不断发生变化，给气动力的计算和飞行器的精确控制带来很大困难，可重复使用性能差；隔热型和对流冷却型热防护，针对局部超高温的结构效率很低，难以长时间承受局部高热流。疏导式热防护方式是有望突破高速再入航天系统热防护瓶颈的重要手段，脉动热管即是一种疏导式热防护方式，将其与传统烧蚀防热材料相结合、布置在飞行器舵/翼前缘等位置，能够有效提高热防护效果、减小烧蚀带来的外形变化、解决尖锐局部的热防护问题，为未来高升阻比飞行器防热设计提供了一种新的思路和方法。

脉动热管是20 世纪90 年代由日本学者Akachi[1]提出的一种新型热管。脉动热管工质在管内形成气液相间的柱塞，加热段的气泡或气柱与管壁之间的液膜因受热不断蒸发，导致气泡膨胀并推动气-液柱塞流向冷凝端冷凝收缩，在冷、热端之间形成压差。气-液柱塞的交错分布，在管内产生强烈的往复震荡，其震荡频率远高于传统热管内的气-液循环频率，工质与管壁间的对流换热在强烈脉动流的作用下受到强化。

脉动热管以其优越的传热性能及结构特点受到学者们的广泛关注，目前已成功应用到一些领域中，但其在航空航天领域的应用仍有待研究及改进。……