航天飞机热防护的技术现状及发展趋势

航天飞机热防护的技术现状及发展趋势

航天飞机防热系统三种方案：不完全重复使用方案，改进防热方案和完全重复使用或永久性防热方案

方案应以实现发展阶段内的可靠性和先进性为目标，根据特定的具体要求及客观可能性提出，不存在某种固定的模式。实现材料合金化，复合化和构建结构积木化，是航天飞机热防护材料的发展方向。

许多航天技术大国都将可重复使用空间运输系统—航天飞机列为重要研究对象。

航天飞机要经受起飞助推火箭的脉动力，气动力，声激，和再如返回时的颤振和起落架的摆振等许多不确定因素的作用。

不完全重复使用放热系统：

1.增强碳--碳（RCC）用于鼻锥及前缘，做成开放式空腔薄壳结构，厚度一般不超过6.5mm，RCC经渗硅处理制成抗氧化RCC。抗氧化就是任何以低浓度存在就能有效抑制自由基的氧化反应的物质，其作用机理可以是直接作用在自由基，或是间接消耗掉容易生成自由基的物质，防止发生进一步反应。

2.LI—900是美国现用航天飞机应用的标准型防热瓦，用超细石英纤维制成。

3.AFRSI是一种棉被式石英纤维结构的高级柔性可重复使用表面绝热材料

4.FRSI是一种名叫Omex的尼龙毡柔性可重复使用表面绝热材料。AFRSI和FRSI直接粘接在轨道器的蒙皮上。

飞机蒙皮的作用是维持飞机外形，使之具有很好的空气动力特性。蒙皮承受空气动力作用后将作用力传递到相连的机身机翼骨架上，受力复杂，加之蒙皮直接与外界接触，所以不仅要求蒙皮材料强度高、塑性好，还要求表面光滑，有较高的抗蚀能力。

（二）改进防热方案

1.飞机的头部以石英纤维为基础的复合材料制作的软垫制成，轻而绝热，且便于安装。

（三）永久性防热系统

提出使用多层石墨纤维织物与碳化硅涂层制成的一种多层结构（抗氧化Rcc材料）进行鼻锥，机翼，和机尾防热。新一代夹层结构防热，由几层钛合金，超级耐热合金和陶瓷纤维隔热材料组成，这些防热结构及材料，不需要或很少维修，用不着周期更换。

热防护系统技术现状及发展趋势的评价

航天飞机的热防护，在防热结构方面，有从传统的防热结构与主结构分开的外部防热结构向一体化的热结构发展的趋势；在防热材料方面，有从脆性防热瓦结构向复合夹层结构变化的趋势。

永久性防热系统是防热结构与主结构一体化的热结构放热系统，特点是充分发展金属的高温强度特性，并将它应用于主结构构件和包括了较高的整体结构和放热系统。这种方式克服了防热瓦的缺点，不需或很少需要维修更换，因而飞行时间短，被认为是一种具有最大经济效益的有发展前途的方案。

永久性防热方案，不仅是水平起落完全重复使用空天飞机的需要，而且只能是水平起落完全重复使用空天飞机的伴生产物。估计，一体化的永久性高级放热系统将随同水平起落完全重复使用空天飞机的研制成功而出现在人们面前。

防热材料发展方向

航天飞机的热防护，不管防热系统如何演变和发展，赖以抵御高温，保护航天飞机防热安全的，初热管式吸热冷却方式之外，离不开防热材料和绝热材料。材料的研制，正向着材料成分由一元向多元发展---合金化；材料组织由单一向复合发展—复合化，及构件结构由单体向组合的方向发展—积木化；基本特点是特别注意材料的加工处理，强调和突出材料设计的重要作用。