《新型輕質再生冷卻壁板與熱環境的耦合回響研究》是依託中國科學院力學研究所，由宋宏偉擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：新型輕質再生冷卻壁板與熱環境的耦合回響研究
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：宋宏偉
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對槽道式再生冷卻壁板的局限性，提出一種以點陣材料為芯材的新型輕質再生冷卻結構，並開展關鍵基礎科學問題研究。圍繞點陣夾層結構與熱環境的耦合效應，重點研究在特定熱環境下的傳熱特性和強度特性。研究內容主要包括三個方面：其一，在具有高溫、高熱流、高流速、非均勻特徵的熱環境下，點陣夾層結構的耦合傳熱回響及其主控因素；其二，點陣夾層結構的在特定熱環境下的熱強度性能，主要關注高溫剪下性能、屈曲/後屈曲性能和使役條件下的熱強度性能的試驗測試方法；其三，滿足傳熱和承載雙重功能的輕量化設計方法研究，並初步探索一類梯度型點陣材料（G-LFMs）的設計方法，以適應燃燒室非均勻的熱/機械載荷條件。研究成果有望為衝壓發動機燃燒室的熱防護關鍵技術突破提供科學依據，滿足結構設計的輕量化、熱防護和高承載等多功能要求。
結題摘要
課題主要針對新型輕質主動冷卻壁板與熱環境的耦合行為開展研究。主要工作進展包括：(1)發展了兩種主動冷卻燃燒室與熱環境耦合數值計算方法，其一是考慮了燃燒室外部氣動加熱、內部對流換熱以及冷卻通道對流換熱之間的耦合關係，建立了主動冷卻燃燒室熱結構耦合疊代分析方法，提出主動冷卻結構安全裕度判據；其二是考慮碳氫燃料與主動冷卻結構在流固界面上的動態熱力載荷傳遞，獲得熱結構回響，採用三維瞬態求解。(2)開展了兩種輕質多孔材料增強主動冷卻壁板熱結構分析與最佳化設計，其一是利用點陣材料具有高孔隙率、高通過率、且微桁架增加冷卻介質局部湍流度從而實現強化換熱的特點，以點陣材料為冷卻通道從而代替槽道式冷卻結構；其二是結合多孔材料具有高比強度、高比剛度的特點，以及槽道式結構具有較高的換熱效率和較低的壓力損失的特點，形成多孔材料增強型薄壁主動冷卻結構。研究表明，最佳化後的波紋增強方式最大減重率達到了33.4%，蜂窩增強與點陣增強的減重率分別達到28.1%和12.0%。(3)開展了多孔材料夾層結構熱力性能試驗與測試技術研究。製備了多種夾層板及增強型主動冷卻壁板，開展了壓縮（平壓，側壓，加卸載等）、三點彎曲、剪下，以及高溫環境下熱屈曲試驗。其中，高溫條件下熱結構測試技術是研究的難點與重點。我們建立起一套基於3D-DIC技術的非接觸全場變形測量裝備，並對夾層板熱屈曲瞬態變形行為進行了很好的測量。
