热膨胀系数异性轴夹角优化分析

摘要

高超声速飞行器需要先进的材料进行热防护,比如增强碳/碳类材料。有两种将碳/碳纤维制作成球锥外形的工艺,研究表明在每种工艺中,纤维的异性轴角度可以在相当程度上影响结构热应力大小。为了将球锥热应力最小化,发展了一套优化设计方法,分析结果表明对于热膨胀系数异性轴角度,存在某些取值点,那时结构热应力分别达到最大和最小值。对于工艺1,角度绝对值越大,热应力越小,如果将球锥对称轴设置成垂直于碳/碳块体的同性平面,可以将主应力和剪切力减小到最小；对于工艺2,负的角度有利于减小球锥热应力,如果能将编制面内的纤维束异性轴角度取成负值(即尽量指向来流方向),那球锥热应力可以得到相当程度的减小。