[拼音]：zairu fangre jiegou

[外文]：re-entry thermal protective structure

使航天器在氣動(dòng)加熱環(huán)境中免遭燒毀和過(guò)熱的結(jié)構(gòu)。再入航天器完成預(yù)定飛行任務(wù)后，以極高的速度穿過(guò)稠密大氣層返回地面時(shí)，由于航天器對(duì)周?chē)諝獾膲嚎s和摩擦，航天器的速度急劇減小，它的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)橹車(chē)諝獾臒崮?。這種熱能又以對(duì)流傳熱和激波輻射傳熱兩種形式，部分地傳給航天器本身。盡管通過(guò)適當(dāng)?shù)臍鈩?dòng)外形設(shè)計(jì)可使這種加熱大為減小，但當(dāng)航天器的速度足夠大時(shí)，這部分熱量仍足以使航天器像流星一樣在空中燒毀。再入防熱問(wèn)題最初是從導(dǎo)彈彈頭的防熱需要提出的。解決的途徑是：采用鈍頭原理，發(fā)展各種不同的防熱結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的理論計(jì)算方法，研制新型防熱材料。50年代末，人們開(kāi)始注意研究人造地球衛(wèi)星、載人飛船返回的防熱問(wèn)題。由于航天器與彈頭再入環(huán)境的差異，人們從高密度低溫?zé)g材料的研究轉(zhuǎn)向了低密度燒蝕材料的研究。70 年代以后，隨著航天飛機(jī)和空間探測(cè)器任務(wù)的提出，解決低熱流、長(zhǎng)時(shí)間、多次重復(fù)使用的防熱問(wèn)題和超高焓、超高熱流環(huán)境下的防熱問(wèn)題成為主要矛盾，“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)試飛成功，意味著前一問(wèn)題已成功解決，而后一問(wèn)題的研究仍在進(jìn)行中。1975年以來(lái)，中國(guó)通過(guò)多次回收衛(wèi)星已掌握了航天器的再入防熱技術(shù)。

防熱結(jié)構(gòu)

再入防熱結(jié)構(gòu)通常由防熱層、隔熱層和承力結(jié)構(gòu)三部分組成。為保證這三部分結(jié)構(gòu)在各種可能的溫度環(huán)境下都協(xié)調(diào)相容，還必須采取能相對(duì)活動(dòng)的連接形式或柔性膠粘系統(tǒng)把它們組合在一起。

（1）防熱層：它是由金屬或非金屬材料制成的外殼，通過(guò)材料本身的熱容、相變以及質(zhì)量引射和再輻射等方式來(lái)吸收或耗散熱量。不同的航天器或同一航天器的不同部位因熱環(huán)境不同，相應(yīng)的防熱層材料和厚度也不相同。近地軌道的航天器，其端頭部分再入時(shí)的環(huán)境溫度高達(dá)6000～8000K，這一部位的氣動(dòng)加熱最為嚴(yán)重，防熱層也最厚。

（2）隔熱層：由輕質(zhì)材料如無(wú)機(jī)纖維氈或多層隔熱材料組成。它的作用是把高溫的金屬外殼與內(nèi)部艙體結(jié)構(gòu)隔開(kāi)，阻止或延緩?fù)獠繜崃康膫魅?，使艙壁溫度在整個(gè)再入過(guò)程中不超過(guò)某一預(yù)定值。但有時(shí)候?yàn)楹?jiǎn)化結(jié)構(gòu)工藝，往往又利用防熱材料本身的隔熱作用或蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的隔熱作用，把這一層與外部防熱層或內(nèi)部承力結(jié)構(gòu)合而為一。

（3）承力結(jié)構(gòu)：是航天器再入艙段的骨架，它除了保持航天器具有一定的氣動(dòng)外形外，往往還在它上面直接安裝部分儀器設(shè)備，因此它必須承受航天器再入過(guò)程中的制動(dòng)過(guò)載和氣動(dòng)外壓。它通常都由金屬殼體或蜂窩夾層結(jié)構(gòu)組成。

防熱方式

根據(jù)工作原理的不同，防熱方式分為熱容吸熱式、輻射式和質(zhì)量引射式三種。

（1）熱容吸熱式防熱：利用防熱材料本身的熱容在升溫時(shí)的吸熱作用作為主要吸、散熱的機(jī)理。這種方式要求防熱材料具有高的熱導(dǎo)率、大的比熱容和高的熔點(diǎn)，通常采用表面涂鎳的銅或鈹?shù)冉饘?。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，再入時(shí)外形不變，可重復(fù)使用。缺點(diǎn)是工作熱流受材料熔點(diǎn)的限制，重量大，已為其他防熱方法所代替。

（2）輻射式防熱：利用防熱材料在高溫下表面的再輻射作用作為主要散熱機(jī)理。由于輻射熱流與表面溫度的四次方成正比，因此表面溫度越高，防熱效果越顯著。但工作溫度受材料熔點(diǎn)的限制。根據(jù)航天器表面不同的輻射平衡溫度，一般選用鎳鉻合金或鈮、鉬等難熔金屬合金板來(lái)制做輻射防熱的外殼。70年代以來(lái)，隨著陶瓷復(fù)合材料的出現(xiàn)和低密度化，帶有表面涂層的輕質(zhì)泡沫陶瓷塊開(kāi)始在輻射防熱方式中得到應(yīng)用。輻射式防熱結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是適合于低熱流環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間使用。缺點(diǎn)是適應(yīng)外部加熱變化的能力較差。它的使用條件是：工作熱流一般不超過(guò) 460千瓦/米²或110千卡/(米²?秒)，流場(chǎng)情況必須清楚。

（3）質(zhì)量引射式防熱：利用防熱材料在高溫下熱解氣化后的產(chǎn)物或人為噴射的液體、氣體對(duì)邊界層的質(zhì)量引射效應(yīng)作為主要散熱機(jī)理。這種防熱方式中最常見(jiàn)和最重要的是燒蝕防熱方式。

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標(biāo)簽：zairu fangre jiegou、再入防熱結(jié)構(gòu)

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文章名稱(chēng)：《再入防熱結(jié)構(gòu)》

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