题目：航天器热防护系统研究现状与防护瓦脱落力学分析

航天器在返回大气层过程中，要经受严峻的气动加热考验。而航天器热防护系统的设计和热防护目的的实现直接关系着航天器使命能否顺利完成。本文通过对航天器热防护系统的考察,分析了航天器返回大气层过程中，再入迎角的选择和自身姿态的调整对气动热防护的影响，并从力学角度出发，分析了热防护系统防护瓦脱落问题。 首先，考察国内外航天器热防护系统的发展，对热防护系统的方案选择和材料设计做了详细介绍。重点介绍了几种常见的防热结构，结合航天器选取实例，总结对比了它们的特点和应用前景；通过热防护系统材料的选用，重点介绍了金属热防护系统的特点和发展前景；结合当今航天技术的发展趋势，跟踪航天器热防护系统的发展方向。 其次，考察了航天器再入大气层时，再入迎角和自身姿态的选择对其气动热防护的影响。选取有翼航天器——美国下一代可重复使用运载器Micro-X，选择不同迎角再入时，分析其高度和速度的变化，及机身和机翼迎风面气动加热温度和热流密度的变化，得到了选择不同迎角再入时对相应热防护系统设计的影响。建立了轴对称无翼航天器再入体模型，通过数值模拟计算，得到了在不同迎角来流即选择不同姿态再入时，再入体前端表面压强、温度和马赫数的分布，进而说明了选择不同迎角来流即自身姿态对航天器气动加热的影响。 另外，通过力学分析，考察航天器热防护系统防护瓦连接模型，分析了防护瓦连接胶层中的剥离主导应力及分布。并考察了不同气动加热温度对剥离应力的影响，进一步考察了防护瓦长度、厚度和材料对防护瓦胶层剥离应力的影响。通过分析，在力学范围内给防护瓦脱落问题做出合理解释，并为防护瓦的设计提供理论参考。