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超轻质碳/酚醛复合材料的烧蚀行为和仿真预报研究  
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【英文题名】 Research on Ablation Behavior and Simulation Prediction of Ultra-lightweight Carbon-phenolic Composite
【作者】 万涛;
【导师】 韩杰才;
【学位授予单位】 哈尔滨工业大学;
【学科专业名称】 工程力学
【学位年度】 2017
【论文级别】 硕士
【网络出版投稿人】 哈尔滨工业大学
【网络出版投稿时间】 2017-11-06
【关键词】 碳/酚醛; 热物性; 电弧风洞; 热防护机理; 数学模型; 数值仿真;
【英文关键词】 carbon-phe nolic; the rmophysical properties; Arc-jet; thermal protection mechanism; mathematical model; numerical simulation;
【中文摘要】 超轻质碳/酚醛复合材料是一种新型防/隔热一体化碳化型微烧蚀热防护复合材料,旨在匹配轻量化深空探测返回再入航天器的热防护技术要求。超轻质碳/酚醛复合材料由纳米孔酚醛树脂气凝胶填充碳纤维三维网络骨架结构复合而成,厚度均匀的高分子树脂薄膜包覆在纤维表面形成了特有的“雾凇结构”。本课题制备了短切碳纤维碳粘接骨架/酚醛气凝胶复合材料和连续碳纤维针刺毡/酚醛气凝胶复合材料,其属性参数均按需可调,且压滤成型工艺或纤维编织工艺决定了复合材料的结构和性质都具有横观各向同性的特点。电弧风洞驻点烧蚀典型工况考核实验证明了材料的耐烧蚀性能优异,高温表面辐射和质量引射热阻塞效应使气动加热被大量耗散。热物性测试和热分析实验表明了材料的热绝缘性能极佳,酚醛气凝胶的热分解吸热和材料沿厚度方向较低的导热系数有效地阻隔了热能量向内部传递。材料烧蚀过程中表现出了分层特性,可描述为烧蚀后退层、碳化反应层、酚醛热解层和原始材料层的四层结构物理模型。在表面烧蚀和体积烧蚀的耦合作用下,材料表面及其内部发生了复杂的热量传递和质量/动量运输过程。基于防/隔热机理分析,建立了以固相为主体并考虑了热解反应和质量引射等复杂因素影响的烧蚀行为本征数学模型。热重实验表...
【英文摘要】 Ultra-lightweight carbon-phenolic composite is a novel kind of heat shielding and thermal insulation unified ablation resistant charring composite material, aimed at catering the technical requirements of thermal protection system applied to lightweight deep space exploration reentrant vehicles.Such material is fabricated by padding carbonaceous 3D network skeleton with nanostructured phenolic resin aerogel, fiber surface is coated with polymer resin thin film with uniform thickness to form a rime like stru...
【更新日期】 2018-01-01

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