輕質復合材料高溫隔熱性能

      設計了一套隔熱材料高溫(>1200℃)隔熱效果的測試裝置，可對隔熱材料進行快速、低成本的有效測試和篩選。采用本裝置在材料熱面中心溫度為1 600℃±10℃時，考察了碳／酚醛復合材料和2r02纖維板材料背部升溫歷程，評價了2種材料的隔熱性能，并采用有限差分法數值模擬了Zroo纖維板材料背部升溫歷程，預測其有效導熱系數。研究表明，在加熱初期400 s時間內，碳／酚醛復合材料的隔熱性能優于2rO2纖維板的隔熱性能，后期則相反；ZrO2纖維板的隔熱性能與體積密度有關，有效導熱系數隨溫度升高而非線性地增大。

      高超音速航天器再入時，將受到嚴重的氣動加熱，為避免機身再人時不被氣動熱焚毀，保證內部器件在適當的溫度范圍內正常工作，需要采用高效隔熱材料與技術，阻止外部熱量向結構內部傳遞。現有的高溫隔熱材料有相變隔熱材料、無機纖維多孔材料、顆粒型隔熱材料等多種材料。多孔材料ZrO2纖維板和相變隔熱材料碳／酚醛復合材料耐溫高、質量輕、可靠性好，逐漸成為輕質化結構和防熱結構的主要材料。

      考察上述材料的隔熱性能，常規的方法有靜態熱導率測試和動態隔熱性能測試，分別以熱導率和材料熱面在一定的溫度作用下的冷面溫升作為評價材料隔熱性能的指標。但對于隔熱材料高溫隔熱性能的優劣評定，必須創造符合這種料的使用環境，并且在此環境下進行考核，通常是將隔熱材料附著于熱結構材料上進行整體系統的高超聲速風洞測試。目前，國內外擁有60余座高超聲速風洞，而在國內噴管出口直徑達到500 mm量級的高超聲速風洞只有3座。采用高超聲速風洞測試可以獲得材料較為全面的技術數據，但其具有明顯的不足，如價格昂貴、儀器復雜、能耗量巨大、測試成本昂貴等。另外國內現有的風洞試驗設備的加熱運行時間滿足不了長時間飛行的新型飛行器的需求。以上不足大大限制了通過高超聲速風洞試驗來檢測隔熱材料超常服役環境下的隔熱性能。

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