Design, Fabrication, and Testing of Metallic Thermal Protection Systems for Spaceplane Vehicles

材料科学 热的 耐久性 航天飞机热防护系统 制作 保温 基础(拓扑) 结构工程 机械工程 变形(气象学) 热保护 复合材料 工程类 数学分析 图层(电子) 替代医学 气象学 病理 物理 医学 数学
作者
Vinh Tung Le,Nam Seo Goo
出处
期刊:Journal of Spacecraft and Rockets [American Institute of Aeronautics and Astronautics]
卷期号:58 (4): 1043-1060 被引量:13
标识
DOI:10.2514/1.a34908
摘要

This study presents the design and testing of a metallic thermal protection system (TPS) for future spaceplane vehicles. A conceptual design of the developed metallic TPS panel consisting of an outer sandwich structure, thermal insulation, inner support brackets, and a base framelike structure was redesigned from the metallic TPS panel developed by NASA. The thermal load was selected from a previous study, which was equivalent to the highest surface temperature of 1050 K. Nine metallic TPS prototype panels and supporting hardware structures made of 304 stainless steel were initially prepared for thermomechanical testing in room conditions. A noncontact thermal–mechanical measurement method was employed to measure full-field temperatures and deformations of the inner base structure and supporting hardware structures. The results indicated that the proposed design satisfied the requirements of temperature and permanent deformation limits. Panel-to-panel gaps showed a significant effect on the temperature rise in the inner base structure. The performance of the prototype proved the feasibility, reusability, and durability of using low-cost 304 stainless steel for TPS structures up to four thermal cycles, and may achieve more in further tests. Results provide valuable data for evaluating designs at the early stage of TPS development and testing in space conditions.

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