《極端環境下接觸縫隙的熱-流-固耦合關係及性能表征研究》是依託北京交通大學，由黃海明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：極端環境下接觸縫隙的熱-流-固耦合關係及性能表征研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：黃海明
- 依託單位：北京交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
航天飛行器在高溫、高壓氣流的極端環境中服役，熱防護層常出現燒蝕現象；由於結構和套用的需要，熱防護結構必須設計各種縫隙；熱流和壓力的不均勻性將導致縫隙的形狀變化，甚至部分接觸；接觸縫隙將引起更複雜的熱-流-固耦合問題。本項目將以固體火箭發動機噴管喉襯上縫隙為主要研究對象，設計一套縫隙熱流的測試系統與方法，對典型縫隙的局部熱效應進行測試，建立相關縫隙熱流的動力學模型；基於雲計算平台技術，改進拉格朗日渦方法，研製專用軟體來模擬複雜邊界條件下的縫隙氣流；基於試驗數據，利用傳熱學、燒蝕學、計算流體動力學等多學科的交叉與滲透，結合有限元法、差分法與脹量渦方法，分析接觸縫隙的熱-流-固耦合關係，揭示極端環境下接觸縫隙局部熱效應的機理；基於以上研究，套用隨機數學和統計學理論提煉出縫隙局部熱效應的表征參量，有利於縫隙局部失效的評價。本研究將推進交叉學科的發展，具有重要的理論意義，又具有重要的國防套用價值。
結題摘要
航天飛行器由於結構和套用的需要，熱防護結構必須設計各種縫隙；熱流和壓力的不均勻性將導致縫隙的形狀變化，甚至部分接觸；接觸縫隙將引起更複雜的熱-流-固耦合問題，對飛行器熱防護科學和技術提出了嚴峻的挑戰。 本項目實施以來，緊緊圍繞“極端環境下縫隙的熱-流-固耦合關係”的關鍵科學問題，開展了系統性基礎研究，取得了如下重要創新成果： 一、 採用理論分析、模型實驗與數值模擬相結合研究手段，發揮多學科的交叉創新的優勢，用“複合材料、結構、流場、熱、燒蝕”一體化的思想研究了接觸縫隙的熱-流-固耦合問題，探索了極端環境下縫隙熱流變化的規律，揭示了接觸縫隙局部熱效應的機理，提煉出接觸縫隙局部熱效應的性能表征參數。 二、 提出了超高音速飛行模擬的新策略與新技術，開發了超高音速飛行計算流體動力學精細化數值模擬平台，建立了超音速飛行器上接觸縫隙的熱-流-固耦合模擬系統，實現了對接觸縫隙局部熱效應從簡單效應分析到多效應耦合的全過程分析的跨越。 在本項目資助下，研究組成員發表論文33篇，其中22篇SCI收錄、2篇EI收錄；出版中文專著1部；已授權發明專利2項，軟體著作權1項；國際學術會議報告3次，國內學術會議報告7次。培養博士研究生6名，碩士研究生8名，為我國航天工程培養了一支多學科交叉合作、年富力強的高水平研究隊伍。本項目研究將推進交叉學科的發展，具有重要的理論意義，又具有重要的航天工程套用價值。
