黃明星 王偉志

（北京空間機(jī)電研究所，北京 100094）

充氣式再入柔性熱防護(hù)系統(tǒng)熱流及結(jié)構(gòu)研究

黃明星 王偉志

（北京空間機(jī)電研究所，北京 100094）

建立了充氣式再入返回航天器的展開(kāi)模型，用工程算法對(duì)整個(gè)再入過(guò)程的外熱流和溫度進(jìn)行了估算。根據(jù)再入過(guò)程的外熱流和溫度條件，參考“充氣再入飛行器試驗(yàn)”（Inflatable Reentry Vehicle Experiment，IRVE）典型熱防護(hù)材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立了柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型及傳熱模型，通過(guò)ANSYS有限元方法計(jì)算出柔性熱防護(hù)系統(tǒng)各功能層再入過(guò)程中的溫度響應(yīng)。文章從功能層材料、功能層鋪層順序和復(fù)合功能層三方面，初步分析比較了各種方案的充氣式再入柔性熱防護(hù)系統(tǒng)的防熱效果，可為充氣式再入返回柔性熱防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析提供參考。

充氣再入；有限元；熱防護(hù)；航天返回

1 引言

充氣式再入返回是一種新型再入回收方式，航天器在進(jìn)入大氣前充氣展開(kāi)形成巨大的倒錐形，從而有效地氣動(dòng)減速，可以實(shí)現(xiàn)載人航天和行星探測(cè)任務(wù)中的行星大氣再入，具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、氣動(dòng)加熱低且可以適應(yīng)不同的返回艙外形等特點(diǎn)［1－2］。2000年，在歐洲航天局（ESA）和德國(guó)航空航天股份公司（DASA）的協(xié)作下，俄羅斯的“充氣再入下降技術(shù)系統(tǒng)”（IRDT）在國(guó)際上率先付諸飛行試驗(yàn)，IRDT－1由兩級(jí)充氣圓環(huán)組成，第一級(jí)在大約100km高度展開(kāi)，第二級(jí)在大約32km高度展開(kāi)，取代傳統(tǒng)的降落傘。IRDT－1成功完成了返回測(cè)試，驗(yàn)證了充氣航天器再入減速方案的可行性［3］。2007年后，NASA對(duì)其充氣式再入返回航天器展開(kāi)系列的“充氣再入飛行器試驗(yàn)”（IRVE），IRVE－1飛行試驗(yàn)中充氣式再入航天器與“黑雁”探空火箭分離失敗，而IRVE－2、IRVE－3的飛行試驗(yàn)則非常成功，它們都是通過(guò)“黑雁”探測(cè)火箭發(fā)射、分離，并在進(jìn)入大氣層前充氣展開(kāi)，然后對(duì)結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)壓力和熱流峰值展開(kāi)測(cè)試，驗(yàn)證了在氣動(dòng)載荷下充氣結(jié)構(gòu)的保形能力和材料的耐熱性能［4］。

充氣式再入返回技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視，其關(guān)鍵的柔性熱防護(hù)系統(tǒng)也日益成為人們研究的熱點(diǎn)。充氣式再入返回的柔性熱防護(hù)系統(tǒng)（Thermal Protection System，TPS）采用了結(jié)構(gòu)和熱防護(hù)的一體化設(shè)計(jì)，其熱防護(hù)結(jié)構(gòu)不僅要承受熱載荷，而且還要承受再入、減速過(guò)程的氣動(dòng)載荷，必須考慮材料的高溫變形和溫度對(duì)材料性能的影響，總體而言，柔性熱防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：質(zhì)量盡可能輕，高強(qiáng)度高韌性，柔性好，在折疊狀態(tài)下不發(fā)生破壞，氣密性好，材料的氣滲漏性極低［5－7］。

國(guó)內(nèi)充氣式再入柔性熱防護(hù)系統(tǒng)還處在研究階段，鮮有關(guān)于柔性熱防護(hù)系統(tǒng)傳熱分析方面的文章公開(kāi)發(fā)表，而國(guó)外對(duì)柔性熱防護(hù)系統(tǒng)的研究多以風(fēng)洞試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)為主，雖然得到的結(jié)果更加準(zhǔn)確和可靠，但成本和風(fēng)險(xiǎn)很高。本文為得到防熱效果更好的柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，先通過(guò)工程算法求出了再入過(guò)程中的熱流和溫度變化，然后對(duì)充氣式再入柔性熱防護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行ANSYS瞬態(tài)傳熱分析。本文從功能層材料、功能層鋪層順序、復(fù)合功能層三個(gè)方面，對(duì)多種結(jié)構(gòu)的柔性熱防護(hù)系統(tǒng)防熱效果進(jìn)行了分析，給出了柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可行的設(shè)計(jì)思路。

2 模型描述與求解

柔性熱防護(hù)系統(tǒng)的外熱流與溫度是ANSYS瞬態(tài)傳熱分析的邊界條件。求解該邊界條件，首先要確定充氣式再入返回航天器的結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)不同的再入過(guò)程，采用相應(yīng)的工程算法進(jìn)行估算。

2.1 充氣式再入模型與再入方案

本文的研究對(duì)象為采用鈍－錐外型的充氣式再入返回航天器，結(jié)構(gòu)參數(shù)參考IRVE［5］的設(shè)計(jì)?？傎|(zhì)量m取為130kg，球頭部分采用剛性結(jié)構(gòu)，球頭半徑為0.3m，錐體部分采用可充氣展開(kāi)的柔性結(jié)構(gòu)，半錐角為60°，展開(kāi)的底部半徑為2.05m（圖1）。其再入起始條件設(shè)為：再入高度取為大氣層的外緣高度h，為150km，再入速度（v）為7850m／s，再入角（β）為－2°。

圖1 展開(kāi)的充氣式再入返回航天器Fig.1 Deployed inflatable re－entry vehicle

根據(jù)流態(tài)的不同把再入過(guò)程的流場(chǎng)劃分為自由分子流區(qū)、過(guò)渡流區(qū)、連續(xù)流區(qū)，如圖2所示，根據(jù)各個(gè)流區(qū)的特點(diǎn)，不同流區(qū)充氣式再入柔性熱防護(hù)系統(tǒng)的外熱流的計(jì)算采用不同的方法。

圖2 再入過(guò)程Fig.2 Process of re－entry

充氣式再入返回航天器為旋成體，質(zhì)心一般配置在中心軸線上，而且再入過(guò)程時(shí)間較短，對(duì)于本文的初步研究，可以作如下假設(shè)：

（1）充氣式再入返回航天器具有足夠的靜穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定性；

（2）充氣式再入返回航天器能夠在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到零攻角的飛行姿態(tài)；

（3）再入過(guò)程是在一個(gè)二維平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，側(cè)滑角始終為零度，不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響［8］。

2.2 外熱流與溫度的工程估算

為了研究柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在再入熱流的作用下的溫度響應(yīng)，必須求出整個(gè)再入過(guò)程的熱流變化，而目前的流體仿真軟件絕大部分只能對(duì)再入過(guò)程有限個(gè)特定工況下的熱流進(jìn)行計(jì)算。

本文采用工程算法對(duì)充氣式再入柔性熱防護(hù)系統(tǒng)在自由分子流區(qū)、過(guò)渡流區(qū)、連續(xù)流區(qū)的外熱流進(jìn)行估算。在自由分子流區(qū)可采用分子運(yùn)動(dòng)論，由KEMP－RIDDELL公式導(dǎo)出［9］，過(guò)渡流區(qū)可以通過(guò)BLICK橋函數(shù)公式計(jì)算得到［10］，連續(xù)流區(qū)熱流可分為邊界層對(duì)流傳熱和激波層輻射傳熱［11－12］，如圖3，求出各流態(tài)球頭駐點(diǎn)的熱流，然后由LEES分布律求出非駐點(diǎn)區(qū)域零攻角球頭的熱流。因?yàn)殡x剛性球頭的距離越近，熱流密度越大，文中柔性熱防護(hù)系統(tǒng)的外熱流密度均取為剛性球頭與柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分界處的熱流。

圖3 連續(xù)流區(qū)流場(chǎng)分布Fig.3 Flow field distribution of continuum regime

從圖4可以看出，在自由分子流區(qū)，柔性熱防護(hù)系統(tǒng)熱流密度很小，而且基本沒(méi)有變化，在過(guò)渡流區(qū)，其熱流密度開(kāi)始迅速增加，柔性熱防護(hù)系統(tǒng)的外熱流在連續(xù)流區(qū)先增加后迅速減小，在80km左右達(dá)到最大值33.8W／cm2。

在柔性熱防護(hù)系統(tǒng)的表面，有層流邊界層流體與結(jié)構(gòu)的對(duì)流傳熱、激波層流體與結(jié)構(gòu)的輻射傳熱和柔性熱防護(hù)系統(tǒng)對(duì)流體的輻射散熱，柔性熱防護(hù)系統(tǒng)表面發(fā)射率取為0.89［13］，根據(jù)能量守恒關(guān)系，可以估算出柔性熱防護(hù)系統(tǒng)表面溫度的變化，由圖5中可以看出，充氣式再入柔性熱防護(hù)系統(tǒng)再入過(guò)程的溫度在自由分子流區(qū)和過(guò)渡流區(qū)隨著高度的降低不斷增加，在連續(xù)流區(qū)是先增加后減小。再入過(guò)程中柔性熱防護(hù)系統(tǒng)在80km左右達(dá)到最高溫度，最高溫度為1600K左右。

圖4 再入過(guò)程外熱流的變化Fig.4 Heating rate change of re－entry process

圖5 再入過(guò)程熱防護(hù)結(jié)構(gòu)溫度的變化Fig.5 Temperature change of re－entry process

3 柔性熱防護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 熱防護(hù)結(jié)構(gòu)

柔性熱防護(hù)系統(tǒng)在發(fā)射時(shí)折疊包裝在很小的空間內(nèi)，再入大氣層的過(guò)程中再充氣展開(kāi)。柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由防熱層、絕熱層、氣密層組成。防熱層位于TPS的最外面，承受最高的溫度和剪切應(yīng)力，主要用來(lái)阻隔熱流。防熱層多使用高強(qiáng)輕質(zhì)的柔性編織材料，如氧化鋁纖維（Nextel）、碳纖維（Hexcel）等。中間的絕熱層承受的溫度較防熱層低，多使用碳纖維隔熱氈布、無(wú)定形二氧化硅隔熱氈布等，如氣凝膠（Pyrogel，Refrasil）。氣密層用來(lái)防止氣體滲漏，保持充氣結(jié)構(gòu)的形狀，多使用聚酰亞胺薄膜（Kapton UN，Upilex S）［14］。

圖6左為IRVE的一種基準(zhǔn)柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，圖6右為柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的物理模型，每個(gè)功能層可由多個(gè)鋪層材料組成。根據(jù)IRVE相關(guān)文獻(xiàn)［15］，氣密層鋪層厚度遠(yuǎn)小于其它功能層的鋪層厚度，其對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)傳熱的影響基本可忽略。

柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的典型材料如表1［14］所示，其中材料的熱學(xué)性能參數(shù)可以參考文獻(xiàn)［15］。

圖6 柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.6 Flexible thermal protection structure

表1 典型的柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料Table 1 Flexible TPS material

3.2 柔性熱防護(hù)系統(tǒng)溫度特性分析

柔性熱防護(hù)系統(tǒng)在再入過(guò)程熱力學(xué)環(huán)境一直在變化，這類(lèi)問(wèn)題可以用ANSYS瞬態(tài)傳熱模塊建立柔性熱防護(hù)系統(tǒng)傳熱的二維模型，然后求出柔性熱防護(hù)系統(tǒng)各功能層再入過(guò)程中的溫度響應(yīng)。分析過(guò)程中忽略柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部輻射與對(duì)流傳熱，也不考慮功能層鋪層間的接觸熱阻。下面是用ANSYS瞬態(tài)傳熱模塊分析的基本步驟。

1）生成有限元模型

建立幾何模型，功能層選用thermal solid 8node 77單元，接觸對(duì)選用contact target 169，接觸單元選用contact 172，設(shè)置材料參數(shù)及關(guān)鍵字，劃分網(wǎng)格。

2）設(shè)置邊界條件和初始條件

將再入過(guò)程中壁面溫度施加在防熱層外表面，氣密層下表面設(shè)置對(duì)流邊界條件，對(duì)流系數(shù)為40W·m－2·K－1，空氣溫度設(shè)為300K，初始溫度設(shè)置為293K。

3）求解

根據(jù)上文計(jì)算的再入過(guò)程中柔性熱防護(hù)系統(tǒng)的熱流和溫度變化曲線，從表1中選出可能滿足溫度約束條件的柔性熱防護(hù)系統(tǒng)材料。對(duì)于防熱層材料，因?yàn)樵偃脒^(guò)程柔性熱防護(hù)系統(tǒng)的最高溫度大約在1600K，能夠經(jīng)受此高溫的材料只有Nextel 440、Hexcel 282。而對(duì)于氣密層，其對(duì)柔性熱防護(hù)系統(tǒng)系統(tǒng)傳熱影響很小，為簡(jiǎn)化分析，氣密層只選用Kapton UN。下面從功能層材料、功能層鋪層順序、復(fù)合功能層三個(gè)方面，分析柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的防熱效果。

3.2.1 不同功能層材料的溫度響應(yīng)特性

為了比較不同功能層材料對(duì)柔性熱防護(hù)系統(tǒng)防熱性能的影響，下面的分析中防熱層選用Nextel 440、Hexcel 282，絕熱層選用Pyrogel 3350、Refrasil 1800、Refrasil 2000，一共有6種柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料選擇方案，如表2。每個(gè)材料選擇方案中各功能層的鋪層厚度都相同，其中防熱層鋪層厚度0.508mm，有兩個(gè)鋪層；絕熱層鋪層厚度2mm，有三個(gè)鋪層；氣密層鋪層厚度0.025mm，有兩個(gè)鋪層。

表2 a方案柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)鋪層Table 2 Layups of TPS of a scheme

圖7是a－1方案的結(jié)構(gòu)圖及ANSYS瞬態(tài)傳熱分析得到的溫度云圖，圖8是a－1方案柔性熱防護(hù)系統(tǒng)各功能層再入過(guò)程的溫度響應(yīng)，圖中Tw、T1、T2、T3分別表示防熱層外表面，絕熱層外表面，氣密層外表面，氣密層內(nèi)表面的溫度。從圖8可以看出，a－1方案再入過(guò)程中絕熱層最高溫度約為1450K，氣密層最高溫度約為400K，且氣密層兩側(cè)的溫度響應(yīng)曲線基本重合。

圖7 a方案柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和溫度云圖Fig.7 Structure and temperature distribution of TPS of a scheme

圖8 a方案柔性熱防護(hù)系統(tǒng)溫度響應(yīng)Fig.8 Temperature response of TPS of a scheme

表3是不同材料的柔性熱防護(hù)系統(tǒng)功能層再入過(guò)程中最高溫度，可以看出當(dāng)絕熱層材料為Pyrogel 3350時(shí)，即方案a－1、a－4絕熱層最高溫度超出材料使用的極限溫度，不滿足材料的使用要求。且防熱層材料為Nextel 440時(shí)各層各功能層溫度小于防熱層為Hexcel 282方案，即a－2、a－3方案要優(yōu)于a－5、a－6方案。

表3 a方案柔性熱防護(hù)系統(tǒng)再入最高溫度Table 3 Max temperature of layups of a scheme

圖9是不同材料的柔性熱防護(hù)系統(tǒng)功能層再入過(guò)程中最高溫度的折線圖。

圖9 a方案柔性熱防護(hù)系統(tǒng)再入最高溫度Fig.9 Max temperature of layups of a scheme

3.2.2 不同功能層鋪層順序的溫度響應(yīng)特性

通過(guò)上文的分析可知，防熱層材料Nextel 440防熱性能優(yōu)于Hexcel 282，故在下面的分析中，柔性熱防護(hù)材料都選用Nextel 440。為了研究功能層不同鋪層順序?qū)θ嵝詿岱雷o(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)傳熱性能的影響，絕熱層三個(gè)鋪層材料分別選用Pyrogel 3350，Refrasil 1800，Refrasil 2000，氣密層選用Kapton UN，通過(guò)變換絕熱層鋪層順序，可以得到表4中6個(gè)材料選擇方案。

圖10是b－1方案的結(jié)構(gòu)圖及ANSYS瞬態(tài)傳熱分析得到的溫度云圖，圖11是b－1方案柔性熱防護(hù)系統(tǒng)各功能層再入過(guò)程的溫度響應(yīng)。從圖11可以看出，b－1方案再入過(guò)程中絕熱層最高溫度約為1380K，氣密層最高溫度約為460K，且氣密層兩側(cè)的溫度響應(yīng)曲線基本重合。

表4 b方案柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)鋪層Table 4 Layups of TPS of b scheme

圖10 b方案柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型和溫度云圖Fig.10 Structure and temperature distribution of TPS of b scheme

圖11 b方案柔性熱防護(hù)系統(tǒng)溫度響應(yīng)Fig.11 Temperature response of TPS of b scheme

表5是不同鋪層順序的柔性熱防護(hù)系統(tǒng)功能層再入過(guò)程中最高溫度，從表中可以看出，絕熱層鋪層順序?qū)饷軐觾?nèi)外表面的最高溫度影響很小，但對(duì)絕熱層外表面的溫度影響很大，且b－4，b－6方案的熱防護(hù)效果明顯好于其它方案。因?yàn)镽efrasil 1800的最高使用溫度低于Refrasil 2000的最高使用溫度，所以方案b－6的熱防護(hù)效果又要優(yōu)于b－4方案。綜上，當(dāng)所以絕熱層鋪層順序?yàn)椋篟efrasil 2000、Refrasil 1800、Pyrogel 3350時(shí)，即b－6方案的熱防護(hù)效果最優(yōu)。

圖12是不同鋪層順序的柔性熱防護(hù)系統(tǒng)功能層再入過(guò)程中最高溫度的折線圖。

表5 b方案柔性熱防護(hù)系統(tǒng)再入最高溫度Table 5 Max temperature of layups of b scheme

從氣密層最高溫度來(lái)比較，b方案比a－2、a－3方案防熱效果更好，而且b方案中絕熱層采用了3種功能層材料，而a方案中只采用了一種功能層材料，b方案在綜合考慮材料的防熱性能和柔性熱防護(hù)系統(tǒng)重量上更有優(yōu)勢(shì)。

圖12 b方案柔性熱防護(hù)系統(tǒng)再入最高溫度Fig.12 Max temperature of layups of b scheme

3.2.3 復(fù)合功能層的溫度特性

柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)絕熱層材料都是氣凝膠類(lèi)材料，密度低，熱導(dǎo)率小?？梢园呀^熱層材料做為防熱層鋪層的夾層，組成復(fù)合功能層，下面比較用Pyrogel 3350、Refrasil 1800、Refrasil 2000分別作為夾層時(shí)柔性熱防護(hù)系統(tǒng)的防熱效果。表6中是各方案的柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖13是c－1方案的結(jié)構(gòu)圖及ANSYS瞬態(tài)傳熱分析得到的溫度云圖，圖14是c－1方案柔性熱防護(hù)系統(tǒng)各功能層再入過(guò)程的溫度響應(yīng)。從圖14可以看出，c－1方案再入過(guò)程中絕熱層最高溫度約為1000K，氣密層最高溫度約為400K，且氣密層兩側(cè)的溫度響應(yīng)曲線基本重合。

表6 c方案柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Table 6 Layups of TPS of c scheme

圖13 c方案柔性熱防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和溫度云圖Fig.13 Structure and temperature distribution of TPS of c scheme

圖14 c方案柔性熱防護(hù)系統(tǒng)溫度響應(yīng)Fig.14 Temperature response of TPS of c scheme

表7是不同復(fù)合功能層的柔性熱防護(hù)系統(tǒng)功能層再入過(guò)程中最高溫度，從表中可以看出，防熱層材料為Nextel 440時(shí)，各層各功能層溫度小于防熱層為Hexcel 282方案；當(dāng)夾層材料采用Pyrogel 3350時(shí)防熱效果最好，其次是Refrasil 2000，即c－1方案最優(yōu)，其次是c－2方案。

表7 c方案柔性熱防護(hù)系統(tǒng)再入最高溫度Table 7 Max temperature of layups of c scheme

圖15是不同復(fù)合功能層的柔性熱防護(hù)系統(tǒng)功能層再入過(guò)程中最高溫度的折線圖。

圖15 c方案柔性熱防護(hù)系統(tǒng)再入最高溫度Fig.15 Max temperature of layups of c scheme

c方案與a中對(duì)應(yīng)方案進(jìn)行比較，因?yàn)椴捎脧?fù)合功能層，c方案中防熱層的鋪層數(shù)要多于a方案，所以c方案中絕熱層最高溫度要遠(yuǎn)低于a方案，c方案氣密層最高溫度也低于對(duì)應(yīng)a方案。故采用復(fù)合功能層結(jié)構(gòu)的c方案防熱效果要優(yōu)于a方案。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)工程算法對(duì)充氣式再入熱防護(hù)系統(tǒng)的再入熱流和溫度進(jìn)行估算，在此外熱流條件下，對(duì)不同材料和結(jié)構(gòu)的柔性熱防護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行ANSYS有限元分析，可得到以下結(jié)論：

（1）相比軟件仿真，本文中選用的工程算法可以求出整個(gè)再入過(guò)程的外熱流及溫度變化，其中柔性熱防護(hù)系統(tǒng)在距地面80km處的連續(xù)流區(qū)達(dá)到最大熱流33.8W／cm2，此時(shí)外表面最高溫度為1600K左右。

（2）本文從功能層材料、功能層鋪層順序、復(fù)合功能層三個(gè)方面來(lái)初步探究柔性熱防護(hù)系統(tǒng)的防熱性能，仿真結(jié)果表明絕熱層材料Nextel 440優(yōu)于Hexcel 282，絕熱層材料中Refrasil 2000防熱效果最佳；絕熱層鋪層順序?yàn)镽efrasil 2000、Refrasil 1800、Pyrogel 3350時(shí)防熱效果最佳；防熱層采用由兩側(cè)材料Nextel 440及夾層材料Pyrogel 3350組成的復(fù)合功能層時(shí)防熱效果最佳。

（3）通過(guò)本文中a、b、c柔性熱防護(hù)系統(tǒng)熱方案的比較可知，柔性熱防護(hù)系統(tǒng)熱防護(hù)層采用復(fù)合功能層，絕熱層采用不同的鋪層材料，是提高其防熱效果的可行方法。

（References）

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（編輯：張小琳）

A Study on Heat Flux and Structure of Inflatable Reentry Thermal Protection System

HUANG Mingxing WANG Weizhi
（Beijing Institute of Space Mechanics and Electricity，Beijing 100094，China）

This paper builds an inflatable re－entry vehicle model and evaluates the heat flux and temperature of thermal protection system of inflatable re－entry vehicle during re－entry by using engineering algorithm.According to the calculated heat conditions and referring to the typical thermal protection material and structure of IRVE（Inflatable Reentry Vehicle Experiment），a flexible thermal protection structure model and a heat transfer model are established.This paper presents a detailed calculation of functional layer of flexible thermal protection structure temperature response during re－entry by ANSYS finite element method.In the three aspects functional material，functional layer stacking sequence and composite functional layer，the thermal protection effects of various flexible thermal protection structures are preliminarily analyzed.This paper can provide some reference for the design and application of flexible thermal protection in inflatable reentry vehicle.

inflatable reentry；finite element method；thermal protection；spacecraft recovery

V475.9

：ADOI：10.3969／j.issn.1673－8748.2016.01.008

2015－11－04；

：2015－12－31

黃明星，男，碩士研究生，研究方向?yàn)楹教炱髟偃敕祷丶夹g(shù)。Email：hmx1620＠163.com。