赵力宁，孟 军，周培培

(中国航天空气动力技术研究院，北京 100074)

0 引言

高超飞行器在大气层内进行长时间的高速飞行，会产生很高的动压和气动加热效应。飞行器所承受的极大热载荷和力学载荷，对热防护系统提出了较高要求。碳/碳复合材料以其优异的高温强度稳定、抗热冲击性能好、耐烧蚀性好等特点，被广泛应用于高超声速飞行器。美、俄航天飞机头锥和翼前缘都采用了抗氧化碳/碳复合材料，前后100多次成功飞行充分证明了抗氧化碳/碳材料稳定的性能；HTV-2在1 922 K以下的前缘材料主要是碳/碳材料，工作重点是对已有的材料系统进行改进，实现该材料制备的前缘和热结构组件具有进行多次任务的能力[1]。X-43A前缘采用碳/碳材料，飞行实验表明其超高温抗氧化碳/碳材料优势明显；日本的HOPER航天飞机高温区采用碳/碳材料，已成功用于轨道试验飞行器头锥和防热面板；俄罗斯以高超声速巡航弹为背景研制的超高温抗氧化碳/碳复合材料多层涂层体系可实现在2 273 K有氧环境下工作1 h以上不破坏[2]。虽然碳/碳材料在国外实现了成功应用，但碳/碳热防护系统的设计依然面临着许多技术挑战，其中极为重要的一环是如何实现气动热环境和表面烧蚀两个物理场耦合情况下的预测。

目前，基于轴对称比拟法[3]的气动热预测技术已经比较成熟，可以准确快速的进行气动热环境预测。烧蚀预测技术也通过理论分析和大量的实验总结出了一套预测方法[4]。……