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超音速导弹头罩结构的设计与稳定性分析

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第1章 绪论

1.1引言

1.2空心球金属材料的研究现状

1.3本文的主要研究内容

第2章 空心球金属材料有效导热系数计算

2.1多孔介质传热学理论

2.2空心球金属材料的结构参数

2.3空心球金属的有效导热系数的理论分析

2.4空心球金属有效导热系数的数值计算

2.5 本章小结

第3章 空心球金属的力学性能参数计算

3.1多孔材料力学理论

3.2模型建立及材料选择

3.3弹性模量及泊松的计算与分析

3.4剪切模量的计算与分析

3.5本章小结

第4章 超音速导弹头罩流场计算

4.1超声速流动理论

4.2导弹头罩外形

4.3模型的建立

4.4网格划分

4.5计算条件及结果分析

第5章 超音速导弹头罩的设计与验证

5.1导弹头罩的热防护方法

5.2导弹头罩的壳体的基本结构

5.3导弹头罩的壳体的结构设计及材料选择

5.4导弹头罩结构温度场分布

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

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摘要

弹道导弹在稠密的大气层中飞行,当导弹速度达到高超声速时,导弹头罩会承受极其严重的气动加热。而由于气动加热对导弹头罩所产生的破坏远远超过其他外界载荷。这就要求导弹头罩不但需要具备良好的气动外形,更应该具有承受严重气动加热的能力。空心球金属材料密度小并且具有良好的力学性能和隔热性能,是符合超音速导弹头罩使用条件的新材料。
  首先,本文采用数值方法对不同排列结构的镍基空心球金属材料的有效导热系数、弹性模量、剪切模量以及泊松比进行了计算。并且分析了空心球金属材料性能参数与排列方式、结构参数的关系。由计算结果可知,空心球金属材料排列结构和结构参数的变化直接影响了材料的孔隙率,当孔隙率增大时材料的有效导热系数会减小,材料的力学性能会降低。
  其次,根据空心球金属材料的结构特点设计了超音弹道导弹头罩。采用CFD-FASTRAN软件对所设计头罩工作条件下外部流场进行了计算。当导弹上升高度和速度不断增加时,导弹头罩温度不断升高,相反头罩表面的压力会由于大气密度的减小而降低。
  最后,导弹头罩流场计算结果作为边界条件,对所设计的超音速导弹头罩的防热性能以及结构的稳定性进行校核。在导弹头罩工作时间内,由于气动加热所产生的热应力是影响导弹头罩稳定性的主要因素。由于空心球金属材料导弹头罩所采用的结构具有良好的力学性能和防热性能,所以头罩能够满足使用要求,由此验证了将空心球金属材料在超音速导弹头罩中进行应用的可能性。

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