1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来，随着能源供应的急剧短缺和高性能热电材料研究的显著进步，利用先进的热电转换技术，将大量废热回收转换为电能，该方法普遍在日、美、欧等发达国家得到应用和普及。热电材料在温差发电方面有非常广阔的应用前景，主要应用于深空探测器、航天探测器、工业余热回收利用、太阳能高效光热-热电复合发电等重要新能源方向。一些新兴应用研究，诸如利用汽车发动机尾气废热进行发电，利用船舶发动机余热发电等技术水平日趋成熟，并且逐步开始投入应用，且效果良好，增强了利用热电材料发电的竞争力。然而，目前热电功能结构在军事方面的相关研究比较少，实际应用就更是少之又少，基本处于空白状态，因此将热电功能结构运用于军事领域的研究具有极大潜力，广阔的发展前景和深远的意义。

目前，国内外的研究机构和研究人员对热电功能结构应用于飞行器已经做了一些尝试性研究。比如，武汉理工大学的孙雅婧等^[1]尝试将方钴矿基热电功能结构用于超高音速飞机的外部热保护系统中，研究热电功能结构（tefs）在强热通量下的热响应和电特性，研究发现用较厚的热电材料，较低的相变温度和适当的框架材料的导热率可以实现更好的发电能力。北京航空航天大学航空科学与工程学院的石佳等^[8] 提出了基于温差发电和有机朗肯循环热电技术相结合的组合型热利用方案，通过对组合型热电转换方案的热力分析表明，系统热电转换效率可达19．8% 。

本文研究将热电功能结构用于军事方面，将热电功能结构嵌入飞弹外部热防护系统中，将飞弹外部的气动热转化为电能，为飞弹内部电路元件提供电能。由于军事设备如飞弹，对自身重量的改变较为敏感，所以此项研究存在较多局限性，难度较大。由于进行此方面研究涉及到的实验设备和材料的来源有限，通过做实验的方式研究成本高，而且不易实现，所以我们采用仿真模拟，数值分析的方式进行研究。研究在热防护系统外部存在时变气动热流、考虑热电结构冷端的时变特征情况下，热防护系统与热电功能结构的能量变化特征及分布规律可为热电功能结构在军事领域的应用奠定基础。若热电功能结构成功应用在飞弹上，可以减少飞弹携带传统电源装置占飞弹总重的比例，对飞弹性能的提升起到积极作用。

2. 研究的基本内容与方案

2.1.基本内容

（1）针对典型飞弹热电发电/隔热复合结构服役环境，以飞弹热电发电/隔热复合结构为分析对象，采用通用有限元软件ansys，对方钴矿基热电功能结构不同荷载工况条件进行有限元模拟分析；

（2）研究热电功能结构各部分材料厚度不同的情况下，对热防护系统与热电功能结构进行有限元分析，分析比较材料不同厚度组合之间其受力特征和能量变化特征；

3. 研究计划与安排

1.第1-3周：查阅国内外文献，了解热电发电/隔热复合结构的研究现状；翻译英文文献，完成开题报告；

2.第4-6周： 学习与研究内容相关的理论知识，建立分析模型；

3.第7-8周：完成飞弹热电发电/隔热复合结构建模与分析工作；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] sun y, chen g, bai g, et al. analysis of thermal power generation capacity for a skutterudite-based thermoelectric functional structure[j]. journal of electronic materials, 2017,46(5):2832-2838.

[2]zhao l, he j, berardan d, et al. bi cu se o oxyselenides: new promising thermoelectric materials[j]. energy environ sci, 2014, 7(9): 2900–2924.

[3]mu y, chen g, yu r, et al. effect of geometric dimensions on thermoelectric and mechanical performance for mg2si-based thermoelectric unicouple[j]. materials science in semiconductor processing, 2014,17:21-26.