1、近年來，為了適應飛行器輕量化、低成本的趨勢以及對深空探測的需求，航天領域對輕質燒蝕材料提出了迫切需求。PICA（Phenolic Impregnated Carbon Ablator）復合材料作為新一代低密度碳/酚醛材料，其密度是傳統(tǒng)碳/酚醛復合材料的1/5左右，并且具有非常優(yōu)異的防/隔熱性能和燒蝕性能，多次被成功應用于大氣再入和星際探索飛行器的熱防護結構材料。在氣動熱作用下，PICA復合材料會發(fā)生激烈的物理化學反應甚至燒蝕現(xiàn)象，當溫度

2、升高后首先酚醛樹脂基體發(fā)生熱解反應，熱解氣體從材料內部引射到邊界層引起熱阻塞效應以及表面燒蝕后退現(xiàn)象等，因此有必要對輕質碳酚醛復合材料酚醛樹脂基體熱解機制、燒蝕機理進行研究，進而建立材料的熱響應分析模型預報材料防/隔熱性能，對熱防護結構的設計與評價具有非常重要的作用。
　　首先，對輕質碳/酚醛復合材料和酚醛樹脂基體進行熱失重實驗，利用峰值分析法對微分失重曲線進行分析獲得了材料的熱解動力學模型。并從質量損失機理和能量損失機理兩方面對

3、輕質碳/酚醛復合材料在氣動熱環(huán)境下的燒蝕機理進行了分析。
　　其次，基于輕質碳/酚醛復合材料的燒蝕防隔熱機理及材料熱解動力學模型，建立宏觀材料的質量守恒、動量守恒和能量守恒方程，考慮在熱流載荷作用下材料分解和分解氣體流動等化學物理過程，建立材料溫度-壓力耦合方程。
　　再次，開展了輕質碳/酚醛復合材料的在單側輻射熱流條件下的燒蝕實驗，將數(shù)字圖像相關系統(tǒng)（DIC系統(tǒng)）、熱電偶測溫系統(tǒng)和基于氧乙炔焰的輻射熱流實驗模擬系統(tǒng)相結合，

4、對給定熱流條件下試件的位移場分布、距離加熱端不同深度點溫度時間歷程以及燒蝕率進行精確測量，同時對燒蝕前后試件的形貌以及微觀結構進行了對比分析。
　　最后，利用COMSOL-Multiphysics多物理場耦合軟件對輕質碳/酚醛復合材料宏觀熱-化學耦合控制方程進行有限元模擬分析，得到了輕質碳酚醛復合材料試樣加熱過程中的溫度場分布，與實驗值吻合較好；同時得到材料內的熱解程度、氣體壓力場和熱解氣體速度等響應。通過對輕質碳酚醛復合材料的各