工程科学学报，第37卷，第2期：243-249,2015年2月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,No.2:243-249,February 2015 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.017:http://journals.ustb.edu.cn 内置高导C/C材料的疏导式热防护结构防热效果 刘冬欢四，张憬)，尚新春” 1)北京科技大学数理学院，北京1000832)北京科技大学自然科学基础实验中心，北京100083 ☒通信作者，E-mail:liudh@ustb.edu.cn 摘要本文建立了内置高导C/C材料的疏导式热防护结构原理模型，通过实验的方法给出了高导C/C材料与耐热三维编 织C/C材料间的接触热阻，并利用数值仿真针对影响结构热防护效果的若干关键参数进行了参数影响研究.研究结果表明： 减小耐热层厚度是一种降低驻点温度的有效方法，但是必须同时考虑由此引起的强度问题：界面接触热阻对热防护效果影响 很大，必须通过工艺处理降低界面热阻才能实现有效的热防护 关键词C/C复合材料：热防护；导热性；接触热阻 分类号V214.9 Thermal protection effect of heat-pipe-cooled thermal protection structures with embed- ded high thermal conductivity C/C materials LIU Dong-huan',ZHANG Jing》,SHANG Xin--thun》 1)School of Mathematics and Physics,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Basic Experimental Center for Natural Science,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China Corresponding author,E-mail:liudh@ustb.edu.cn ABSTRACT Heat-pipe-cooled thermal protection is an effective thermal protection method with embedded high heat transfer capacity materials or structures.A numerical model of a heat-pipe-cooled thermal protection structure with an embedded high thermal conduc- tivity C/C material was proposed in the present paper.Contact thermal resistance was tested between the high thermal conductivity C/ C material and the heat-resisting three-dimensional braid C/C material.The effects of several key parameters on the thermal protection results were also numerically investigated.The results show that it is an effective method to decrease the stagnation temperature by reducing the thickness of the heat-resisting material,but the resulting strength problem should also be taken into account.Interface contact thermal resistance has a significant influence on the thermal protection effect,and in order to achieve effective thermal protec- tion the interface contact thermal resistance should be lowered through fabrication processing. KEY WORDS carbon/carbon composites;thermal protection:thermal conductivity:contact thermal resistance 随着飞行器的飞行速度越来越快，其机翼的前缘 要长时间持续这样的飞行状态，再加上可重复使用运 结构往往非常尖锐（前缘半径甚至是毫米量级），这样 载器(reusable launch vehicle,RLV)概念的提出，要求 在实现了高升力、低阻力的同时也带来了极其严重的 热防护结构有一定的可重用性，以缩短使用准备时间. 局部气动加热问题，在前缘驻点附近热流密度甚至高 这些苛刻的约束条件对传统的烧蚀型和非烧蚀的隔热 达10MW·m2,而随着与驻点距离的增加，热流密度 型以及对流冷却型热防护结构提出了严峻的挑战：烧 又急剧下降，特别是在机翼背风面的广大区域热流密 蚀型热防护系统结构简单，技术可靠，易于实现，但是 度相对很低.与此同时，飞行器在服役过程中往往需 由于在烧蚀过程中结构的气动外形不断发生变化，不 收稿日期：2013-11-22 基金项目：国家自然科学基金资助项目(11302023)：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(FRF-TP-14030A1)工程科学学报，第 37 卷，第 2 期: 243--249，2015 年 2 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，No． 2: 243--249，February 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． 02． 017; http: / /journals． ustb． edu． cn 内置高导 C / C 材料的疏导式热防护结构防热效果 刘冬欢1) ，张 憬2) ，尚新春1) 1) 北京科技大学数理学院，北京 100083 2) 北京科技大学自然科学基础实验中心，北京 100083  通信作者，E-mail: liudh@ ustb． edu． cn 摘 要 本文建立了内置高导 C/C 材料的疏导式热防护结构原理模型，通过实验的方法给出了高导 C/C 材料与耐热三维编 织 C/C 材料间的接触热阻，并利用数值仿真针对影响结构热防护效果的若干关键参数进行了参数影响研究． 研究结果表明: 减小耐热层厚度是一种降低驻点温度的有效方法，但是必须同时考虑由此引起的强度问题; 界面接触热阻对热防护效果影响 很大，必须通过工艺处理降低界面热阻才能实现有效的热防护． 关键词 C/C 复合材料; 热防护; 导热性; 接触热阻 分类号 V214. 9 Thermal protection effect of heat-pipe-cooled thermal protection structures with embed￾ded high thermal conductivity C /C materials LIU Dong-huan1)  ，ZHANG Jing2) ，SHANG Xin-chun1) 1) School of Mathematics and Physics，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Basic Experimental Center for Natural Science，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: liudh@ ustb． edu． cn ABSTＲACT Heat-pipe-cooled thermal protection is an effective thermal protection method with embedded high heat transfer capacity materials or structures． A numerical model of a heat-pipe-cooled thermal protection structure with an embedded high thermal conduc￾tivity C/C material was proposed in the present paper． Contact thermal resistance was tested between the high thermal conductivity C/ C material and the heat-resisting three-dimensional braid C/C material． The effects of several key parameters on the thermal protection results were also numerically investigated． The results show that it is an effective method to decrease the stagnation temperature by reducing the thickness of the heat-resisting material，but the resulting strength problem should also be taken into account． Interface contact thermal resistance has a significant influence on the thermal protection effect，and in order to achieve effective thermal protec￾tion the interface contact thermal resistance should be lowered through fabrication processing． KEY WOＲDS carbon/carbon composites; thermal protection; thermal conductivity; contact thermal resistance 收稿日期: 2013--11--22 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 11302023) ; 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目( FＲF--TP--14--030A1) 随着飞行器的飞行速度越来越快，其机翼的前缘 结构往往非常尖锐( 前缘半径甚至是毫米量级) ，这样 在实现了高升力、低阻力的同时也带来了极其严重的 局部气动加热问题，在前缘驻点附近热流密度甚至高 达 10 MW·m － 2，而随着与驻点距离的增加，热流密度 又急剧下降，特别是在机翼背风面的广大区域热流密 度相对很低． 与此同时，飞行器在服役过程中往往需 要长时间持续这样的飞行状态，再加上可重复使用运 载器( reusable launch vehicle，ＲLV) 概念的提出，要求 热防护结构有一定的可重用性，以缩短使用准备时间． 这些苛刻的约束条件对传统的烧蚀型和非烧蚀的隔热 型以及对流冷却型热防护结构提出了严峻的挑战: 烧 蚀型热防护系统结构简单，技术可靠，易于实现，但是 由于在烧蚀过程中结构的气动外形不断发生变化，不