碳化硅陶瓷基复合材料再生冷却结构

热导率降至3 W/(m·K)减散热53%

该冷却结构通过主动控制复合材料的热导率，在超音速燃烧室中实现了耐高温性能与传热抑制的匹配，颠覆了传统强化换热的思路。

Zhou, Xingyu · 李欣 · 章思龙 · Zuo, Jingying · Zhiyong, Gao · 鲍文

Energy 2025

具体参数

散热量降幅

{'zh': '53', 'en': '53'} %

壁温（低热导率端）

{'zh': '2057', 'en': '2057'} K

推荐平均热导率

{'zh': '50', 'en': '50'} W/(m·K)

技术优势

散热量可砍掉一半

固体热导率从120 W/(m·K)降至3 W/(m·K)时，燃烧室散热量降低53%，意味着更少的热量被冷却剂带走，壁温更高，材料耐高温优势得以发挥。

壁温可飙到2000 K以上

降低热导率后壁温从1223 K升至2057 K，CMC在高温下结构强度保持，无需复杂的热障涂层。

一通操作，整明白了最佳热导率

综合传热与强度分析后给出推荐平均热导率50 W/(m·K)，既避免过高热导率导致散热过大，又防止过低热导率造成局部高温和热应力风险。

应用场景

• 高超声速推进：直接用于超燃冲压发动机燃烧室壁面，以“降导热”替代“强换热”来匹配气动热载荷，提升热结构效率。
• 航天器热防护：作为高马赫数飞行器的主动冷却热防护面板，利用CMC耐高温和可调导热特性，同时充当结构件与热障。
• 高温复合材料：提供CMC热导率从3到120 W/(m·K)的传热特性数据及最佳取值，指导高温复合材料的组分与工艺设计。
• 超音速燃烧室：将燃烧室壁面散热与冷却通道耦合建模，揭示非强化换热思路，用于高马赫数燃烧室的热防护设计。