飞行器热防护结构粗糙界面热阻预测及仿真分析

李斌; 戴婷

应用力学学报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (2) : 286 -297.

李斌, 戴婷

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摘要

高超声速飞行器热防护结构通常由性能差异较大的材料构成，粗糙界面接触热阻对结构整体传热特性和防热效果的影响不可忽视。利用理论预测和数值仿真方法对热防护结构中隔热材料与金属材料的界面接触热阻问题进行研究，针对常用CMY(Cooper-Mikic-Yovanovich)接触热阻模型计算困难、不易描述粗糙界面复杂显微形貌等问题提出了改进方法，借助有限元软件对接触的力学过程与传热过程进行了仿真计算。在数值算例中，通过与文献实验数据的对比验证了方法的准确性，探讨了界面温度、接触压力和粗糙度对热阻的影响规律，并讨论了接触热阻在结构整体温度分布中的作用。结果表明接触压力和表面粗糙度均通过影响实际接触面积进而影响接触热阻，界面温度则主要通过影响材料物性参数从而改变接触热阻。高温条件下接触界面间辐射传热增强，引入接触热阻对热防护结构隔热层的影响较为显著。