气凝胶填充金属蜂窝夹层结构隔热性能试验与模拟
文彦臻 邓云华 贾 震
1.沈阳航空航天大学航空宇航学院，沈阳，1101362.中国航空制造技术研究院航空焊接与连接技术航空科技重点实验室，北京，100024
蜂窝结构以其质量小、强度和刚度均较高等诸多优点,在航空航天领域得到了广泛应用[1-2]。由于蜂窝芯体为中空结构，它与实体结构相比热传导占比更小，具有良好的隔热性能，因此主要作为热防护结构使用。美国的SR-71超高声速侦察机在其翼面、舵面部分均使用了大量的蜂窝夹层板结构；
同时在可重复使用的空天飞机(如X-33、X-37、SANGER)上已大面积应用蜂窝面板，实现了从传统防热布局方案向金属热防护系统的过渡[3]。
国内外学者针对蜂窝隔热性能开展了一系列的研究。SWANN等[4]以导热问题等效了蜂窝内传热过程，总结出了计算蜂窝当量热导率的半经验公式，该公式已被作为一个标准模型来计算蜂窝结构的热传导问题。KAUSHIKA等[5]推导出了一种基于蜂窝芯层为灰体假设的物理模型，计算了蜂窝结构的辐射换热量。COPENHAVER等[6]采用有限元法模拟了蜂窝内的辐射导热耦合换热。谢宗蕻等[7]在300℃条件下对钛合金蜂窝夹层结构的隔热性能进行试验研究，分析了各几何参数对隔热性能的影响。吴大方等[8]在200～800℃的温度区间测试镍基金属蜂窝板结构的隔热性能，得到该结构的隔热效率在12%～19%之间。陈勇等[9]提出一种有限元数值模拟方法用于计算蜂窝板传导和辐射耦合传热问题，并进行了实验验证，结果表明，在高温条件下若不考虑辐射的影响，计算误差便会显著增大。樊卓志等[10]利用ANSYS有限元方法模拟研究了金属蜂窝板的传热，发现随着温度的升高，蜂窝芯内部辐射强度迅速增大，辐射换热量越来越大。
相关研究结果表明，目前有关1200℃以上温度下金属蜂窝夹层结构的研究报道较少，无法满足在高温环境下工作的需求。在高温的情况下，辐射对金属蜂窝隔热性能的影响更加显著。随着温度的升高，辐射在热传递过程中的占比逐渐升高。为了进一步提高蜂窝结构的隔热性能，限制蜂窝空腔内部的热辐射，本文提出了一种以高温合金铌合金为材料并在其内部填充气凝胶的蜂窝结构，对该结构进行了研制，并对其隔热性能进行了相关的试验与计算，通过模拟计算总结分析得出不同条件参数对蜂窝的隔热性能影响以及蜂窝的隔热机理。
采用轧制成形的方法来加工瓦楞条，将成形好的瓦楞条通过点焊的方式连接即可形成蜂窝芯体[11-12]，蜂窝芯体如图1所示，图中h为瓦楞条厚度，D...
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