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本文分析金属热防护系统MTPS(Metal Thermal Protection System)的防隔热性能及热力耦合性能,并对支架进行初步设计。MTPS是美国研制重复使用运载器RLV(Reusable Launch Vechicle)的关键技术之一,具有绝热有效、重量轻、容易安装等特点,成为RLV此高温区大面积被动防热的首选防热系统。MTPS的首要作用是限制由外部空间进入内部机体的热流,而作为RLV的结构部件,它的承载能力也必须给予考量。故本文针对MTPS,应用有限元方法分析防隔热性能及其影响因素,并对其重要的支撑结构——支架,进行初步设计,得到应力、位移场等。首先基于传热学的基本原理,对MTPS的防隔热原理进行分析。对隔热材料的热属性进行等效;应用Swann&Pittman理论公式等效蜂窝板热属性,并进行算例验证;应用经典的层合理论,将离散的蜂窝夹心结构等效为3层连续材料,对中间芯子模量采用理论公式等效,采用拉伸法测模量法验证理论公式的正确性。基于以上的方法和原理,建立MTPS三维模型,提出三维下热分析方法。采用该有限元方法,模拟计算MTPS四周包覆金属外皮、引入支架以及板间辐射等情况下的温度场。从热弹性耦合方程出发,采用顺序耦合方法,分析MTPS单件的热力耦合性能。得到上面板中心、结构侧边在整个载荷过程中的位移曲线,及支架等重要承载结构的应力场。由于支架不能承载,需对支架进行优化设计。提出MTPS结构支架设计的三种方案,模拟分析方案一和方案三的支撑形式。由于结构的对称性,为了减少计算量,建立四分之一模型进行模拟分析。对不同支架在热力耦合载荷条件下的应力进行对比,选出较为优化的方案。并提出支架进一步优化设计的方案。