付志鹏，陈 宏，秦 强，丛琳华，魏广平

(中国飞机强度研究所，陕西 西安 710065)

1 引 言

高超声速技术已成为21世纪航空航天领域关注的热点问题，展现出广阔的军民两用前景。高超声速飞行器在大气层中飞行时，气动加热极为严重，配备性能良好的热防护系统(Thermal Protection System，TPS)是保证高超声速飞行器安全、顺利完成目标任务的关键因素之一，而烧蚀型热防护是目前应用最广泛的一种热防护形式[1]。

烧蚀防热包含相变烧蚀、化学烧蚀和机械剥蚀等类型，结构热解时产生的烟气与孔隙之间存在着特殊的能量和物质流动，整体结构承受着极为复杂的热化学与空气动力学的耦合作用[2]。B.Helber等[3]对低密度碳-酚醛烧蚀器进行了烧蚀试验，揭示了热解气体和烧蚀过程中的反应产物。董维中[4]对高超声速热防护层进行了研究，将材料的动态热响应与气动热进行耦合计算，对石墨热防护层进行烧蚀研究，求解出了表面后退深度，壁面周围气体质量分数。杨德军[5]结合有限元方法，对烧蚀表面退缩条件下碳/碳复合材料瞬态温度场进行了分析和研究。LMS SAMTECH与欧洲的空间技术公司EADS ASTRIUM合作开发的热烧蚀分析软件Amaryllis，是目前业界较专业和成熟的热烧蚀分析软件，但是与大型商用软件并不兼容，而且与三维制图软件之间没有交互传递的接口，难以满足现在复杂、大型的飞行器模型的测试要求。

当前，国内型号设计所使用的烧蚀材料内部热响应计算程序基本上为一维的[6-8]，并且通常把热解气体在碳化层内的流动进行简化处理。……