极端环境下变密度炭化复合材料的烧蚀机理及性能优化研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11472037
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    90.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0814.极端条件下材料与结构力学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

When the reentry capsule, suffering severe aerodynamic heating, reenters the Earth's atmosphere at the approximate second cosmic escape velocity, the low density charring composite materials is the best choice in this thermal protection system (TPS). In order to increase the thermal protection efficiency, the density of charring composites has to be changed with the varying reentry aerodynamic heating environment. So it's imperative to explore the ablation mechanism and performance optimization of the variable density charring composite materials. Taking the phenolic impregnated carbon ablator (PICA) with variable density for example in this project, the heat-fluid-solid-chemistry coupling mechanism of the pyrolytic layer and surface ablation mechanism in the PICA with variable density will be revealed with the application of the integration of materials, structure, flow field and chemical reaction, which is on the base of composite material mechanics, heat transfer, computational fluid dynamics, high temperature experimental mechanics, ablation and other multi-disciplinary theories. The correlation between material density distribution and thermal protection efficiency is found out, the law for effect of chemical non-equilibrium and catalysis on the material ablation is discovered, and the ablation mechanism of variable density charring composite materials in extreme environment is revealed through multiple ways, including physical and mechanical performance test of the variable density charring composites, ablation test and numerical simulation. Based on the above, characterization parameter for thermal protection efficiency of these materials in TPS is refined, and the optimization and evaluation system of these materials will be further established. This research will contribute to the development of interdisciplines, which will own not only the significance of theory research, but also the crucial national defense value.
以第二宇宙速度再入的返回舱服役于气动加热的极端环境中,其热防护材料首选低密度炭化复合材料。为提高防热效率,炭化复合材料的密度需随热环境而变,变密度炭化复合材料烧蚀机理及性能优化的科学问题尚未解决,亟待研究。本项目以变密度PICA复合材料为主要研究对象,基于复合材料力学、高温实验力学、传热学、稀薄气体动力学、烧蚀学等多学科的交叉与渗透,通过变密度炭化复合材料的高温物理性能、力学性能测试及烧蚀试验、数值模拟,从材料、流场、传热、化学反应一体化的角度揭示变密度多孔热解层中热-流-固-化耦合机理,发现稀薄气体的化学非平衡与催化效应对材料表面烧蚀的影响规律,建立极端环境下变密度炭化复合材料的烧蚀模型,弄清炭化材料密度分布与热防护效率的关系;进一步提炼变密度炭化材料热防护效率的表征参量,构建炭化材料热防护性能的优化及评价系统。本项目将推进多学科的交叉,具有重要的理论研究意义,又具有重要的国防应用价值。

结项摘要

高超声速飞行器服役于气动加热的极端环境中,其热防护材料首选低密度炭化复合材料。为提高防热效率,炭化复合材料的密度需随热环境而变,变密度炭化复合材料烧蚀机理及性能优化的科学问题尚未解决,亟待研究。本项目以变密度PICA复合材料为主要研究对象,基于复合材料力学、高温实验力学、传热学、稀薄气体动力学、烧蚀学等多学科的交叉与渗透,通过变密度炭化复合材料的高温物理性能、力学性能测试及烧蚀试验、数值模拟,从材料、流场、传热、化学反应一体化的角度揭示了变密度多孔热解层中热-流-固-化耦合机理,发现了稀薄气体的化学非平衡与催化效应对材料表面烧蚀的影响规律,建立了极端环境下变密度炭化复合材料的烧蚀模型,弄清了炭化材料密度分布与热防护效率的关系;进一步提炼变密度炭化材料热防护效率的表征参量,构建了炭化材料热防护性能的优化及评价系统。通过本项目研究,充分发挥自主创新能力,使得热防护材料选择、热结构设计及产品性能评价都将有理可依、有据可寻,对实现防热系统的精细化设计具有重要意义,为未来深空探测返回舱、进入船及高马赫数武器的热防护设计提供有效的技术支撑。本研究还将推进复合材料力学、传热学、烧蚀学等多学科的交叉与渗透,具有重要的理论意义和航天工程应用价值。

项目成果

期刊论文数量(25)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(1)
专利数量(1)
Optimization of the curing process of phenolic impregnated carbon ablator
酚醛浸渍碳烧蚀剂固化工艺优化
  • DOI:
    10.1002/app.46230
  • 发表时间:
    2018-05
  • 期刊:
    Journal of Applied Polymer Science
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Tian Ye;Huang Haiming;Xu Xiaoliang
  • 通讯作者:
    Xu Xiaoliang
INFLUENCE FACTORS OF METHANE-AIR COUNTERFLOW DIFFUSION FLAME
甲烷-空气逆流扩散火焰的影响因素
  • DOI:
    10.2298/tscl160506054h
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Thermal Science
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Huang Haiming;Li Weijie
  • 通讯作者:
    Li Weijie
NUMERICAL STUDY ON AERODYNAMIC HEAT OF HYPERSONIC FLIGHT
高超声速飞行气动热的数值研究
  • DOI:
    10.2298/tsci1603939h
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Thermal Science
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Huang Haiming;Xu Jing;Xie Weihua;Xu Xiaoliang
  • 通讯作者:
    Xu Xiaoliang
Nonlinear analysis on thermal behavior of charring materials with surface ablation
表面烧蚀炭化材料热行为的非线性分析
  • DOI:
    10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.01.004
  • 发表时间:
    2015-05-01
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Li, Weijie;Huang, Haiming;Zhao, Zhe
  • 通讯作者:
    Zhao, Zhe
Nonlinear pyrolysis layer model for thermal behavior of nonhomogeneous charring materials
非均质炭化材料热行为的非线性热解层模型
  • DOI:
    10.1002/app.42331
  • 发表时间:
    2015-08
  • 期刊:
    Journal of Applied Polymer Science
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    LI Weijie;Huang Haiming
  • 通讯作者:
    Huang Haiming

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双圆柱气囊缓冲性能分析
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    黄海明

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基于组合式流动调控技术的高超声速飞行器降热减阻的实现机制
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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