龙丽平 韩俊 万田 仲峰泉, 田保未

再入飞行器端头烧蚀的耦合计算方法

龙丽平1韩俊2万田1仲峰泉1,2田保未2

（1 中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室，北京 100190；2 中国科学院大学工程科学学院，北京 100049）

端头烧蚀是超高速飞行器再入过程中非常关心的问题。端头材料在高温高压环境中，因烧蚀其原有气动外形和结构传热边界不断变化，而气动外形和传热边界的变化又反过来影响端头热流、温度分布和烧蚀量。它们之间表现出复杂的强耦合、非线性特征。本文以碳基材料端头帽烧蚀过程为例，发展了端头帽绕流、烧蚀和结构传热耦合计算方法。通过气动、烧蚀和结构热响应计算程序的耦合和迭代，实现了对端头帽再入烧蚀过程的实时动边界模拟，并在飞行试验条件下，得到了与测量数据基本吻合的结果。

再入过程；端头帽；烧蚀；移动边界；多学科耦合计算方法

0 引言

热防护一直是高超声速飞行器及各类飞行器研制的核心技术之一。对于高马赫数再入大气层或在大气层内长时间巡航的飞行器来说，结构的热防护及其对飞行器气动性能的影响始终是一个关键的问题[1-3]。端头帽作为钝头体飞行器的头部，其气动加热环境最为恶劣，也是飞行器热防护的重点区域之一。端头帽的选材经历了难熔金属、陶瓷、石墨、C/C以及在C/C材料中添加金属材料的低烧蚀C/C等一系列材料应用过程[4-6]。国内外许多学者针对各种材料进行了烧蚀性能的研究[7-14]和烧蚀模型的发展[15-18]，对端头结构设计及优化起到了重要的指导作用。……