结构热防护一体化复合材料研究进展

周世豪,倪楠楠,2*,刘 彬,王召娣,戴 峰,许亚洪

（1.南京工业大学 先进轻质高性能材料研究中心,南京 210009；2.江苏三强复合材料有限公司,江苏 常州 213127；3.北京宇航系统工程研究所,北京 100076）

结构轻量化是各类空天飞行器设计和制造者的永恒追求，先进高性能复合材料作为轻质高强结构材料在战机、火箭、导弹等装备中应用越来越广泛。长期飞行于大气层或者高速穿越大气层的各类飞行器，如超音速飞机、巡航导弹、高超声速飞行器、航天飞机、飞船返回舱等存在着明显的“热障”问题，这要求结构设计除了考虑轻量化外，还要能够防热和隔热，以阻挡严重的气动热向内部传递，保证飞行器主结构和舱内仪器的正常工作[1]。图1 列出三类典型的空天飞行器：可重复使用轨道机动式(single stage to orbit,SSTO; two stage to orbit,TSTO) 空天飞行器、高超声速助推滑翔式(hypersonic technology vehicle,HTV) 空天飞行器和高超声速巡航式(hypersonic cruise vehicle,HCV) 空天飞行器[2]。各类飞行器根据其工作所处的热环境采取不同的热防护方式。根据防热机理分为被动热防护方案、半被动热防护方案和主动热防护方案。目前被动热防护方案在各型号上应用最为广泛，这种结构中热量由表面辐射出去，采用3 种不同的防热结构，依次为热沉结构、热结构和隔热结构。半被动防热方案介于被动和主动冷却方案之间，大部分的热量靠工作流体或空气流带走，可采用热管结构和烧蚀结构两种结构形式。主动热防护方案中，热量全部或绝大部分由工质或冷却流带走，不会传至次层结构，采用三种冷却方式，即发汗冷却、薄膜冷却和对流冷却。……