基于模糊PI控制的瞬态高温控制策略研究

目的通过地面环境试验研究气动热引起的瞬态高温环境对飞行器结构的影响。方法设计基于石英灯和离心机的瞬态高温-加速度复合试验系统,研究温度和加速度同步控制系统的结构和原理,分析无制冷装置环境下瞬态高温控制的难点,提出基于模糊PI控制器的温度控制策略。结果通过MATLAB仿真验证,设计的模糊PI控制器相比传统的PI控制器能够有效提高温度控制的动态性能与精确性。结论将基于模糊PI控制的瞬态加热控制策略应用于瞬态高温控制是可行、有效的,能为地面气动热模拟环境试验提供技术保障。     

centrifugal用热控装置设计

目的 评估飞行器产品在飞行过程对热–离心综合环境的适应性,研制一套热–离心综合环境试验用热控装置。方法 从热–离心试验需求出发,完成综合试验系统总体研制目标及系统方案设计。针对高g值离心环境（离心加速度值≥90g）下的热载荷加载需求,开展基于热传导的热载荷加载方法研究,并完成适用于高g值环境的热控装置硬件布局优化设计。提出基于分段包络思想的产品响应温度梯度分布效应模拟方法及实现,减少过试验考核。结果 利用该热控装置完成了热–离心综合环境功能验证试验,设置最大加速度为92g,保载时间为3 min,最高加热温度为150℃,最大温升速率为3℃/min,3温区控制,升温过程中,温度误差优于±1.5℃。结论 该热–离心综合环境试验用热控装置可用于飞行器产品热–离心综合环境试验的考核。     

航空发动机复材外涵机匣静热强度试验方法研究

目的 提出一种飞机发动机外涵机匣静热强度考核试验方法,实现对高温环境下机械载荷与气流压力载荷同时作用时外涵机匣的强度考核.方法 以典型外涵机匣模拟件为试验件,利用所设计的试验装置与外涵机匣模拟件合围成一套能够施加温度载荷、机械载荷以及内腔气压载荷的被试结构,在通过温度加载系统、静力加载系统和气压加载系统同时对被试结构模拟飞行过程中的真实工况环境.结果 通过设计的试验能同时施加飞行过程中外涵机匣所承受的主要温度、机械及气流压力载荷.结论 提出的静热强度试验方法,能够充分对航空发动机外涵机匣飞行过程中的综合环境进行地面模拟考核,取代以往金属外涵机匣考核的温度载荷等效方式,可实现对复材外涵机匣工艺件进行考核,为外涵机匣减重设计提供依据.     

金属尖化前缘模型主动式热疏导性能试验研究

目的为了更好地解决高超声速飞行器舵、翼前缘及头锥等气动热环境恶劣区域的热防护问题。方法采用主动式热疏导技术,以高温液态合金为工质,设计并制作具有主动式热疏导功能的尖化前缘金属试验模型(R=5 mm)。根据模型外尺寸设计加工一套石英灯仿形加热器和热流测试模型,开展地面热环境模拟试验。结果试件在前缘中心温度530℃左右时具有瞬态启动特性。前缘中心和大面积中心最大辐射热流密度分别为1000 kw/m^2和580 kw/m^2,试件在该环境中长时间受热状态下仍具有较好的热疏导能力。试验后试件无工质泄漏和结构破坏,具有一定的可重复使用性。结论可以此热疏导方式结合现有成熟热防护技术进一步开展工程设计与应用。     

舵面结构热模态试验方法研究

目的 探究高温对舵面结构模态试验结果的影响.方法 以导弹舵面为研究对象,开展高温环境下结构模态试验方法研究.基于石英灯热辐射高温加热系统和模态测试系统搭建热模态试验测试平台,采用带水冷装置的耐高温加长激振杆实现激励的施加,设计耐高温陶瓷引伸杆进行振动信号的测试,通过有限元仿真分析与试验数据对比,验证所提热模态试验方案的可行性.结果 当激振杆的正弦扫频试验在20～1000 Hz范围内,其传递函数值接近于1,说明激振杆传递性能良好.陶瓷引伸杆对试验件前四阶模态频率及振型影响较小,验证了陶瓷引伸杆设计的有效性.试验数据表明,试验件材料的刚度随着环境温度的升高逐渐降低,导致各阶模态的频率呈逐渐降低的趋势.结论 高温会使舵面结构的模态参数降低,该研究为后续型号产品的热模态试验提供了的试验手段和技术支持.     

高温环境下薄壁结构声疲劳失效验证技术研究

目的针对高温环境下薄壁结构声疲劳失效问题,研究分析薄壁结构在高温环境下的声疲劳失效特征,验证薄壁结构热声响应计算方法与疲劳寿命预估模型的有效性。方法较系统地阐述高温环境下薄壁结构声疲劳失效试验验证技术,重点总结热声疲劳试验环境建立与加载、高温环境下噪声测试、高温环境下动态响应测试和疲劳破坏寿命测试方法,并通过具体案例说明工程中试验验证方法的有效性。结果试验件在仿真计算与试验中的破坏位置一致,响应频率吻合较好,应力水平一致,疲劳寿命量级相当。结论薄壁结构热声响应计算方法与疲劳寿命预估模型的有效性高。     

临近空间飞行器防隔热/承载一体化热结构设计及力/热行为

目的满足临近空间飞行器对结构/热防护系统质量指标的苛刻要求,研制兼具轻量化与高效防隔热/承载一体化的热防护结构及系统。方法根据临近空间飞行器承力和防热两方面的要求,设计一种全复合材料防隔热/承载一体化热防护结构,采用地面高温环境试验,考查复合材料一体化热防护结构的抗烧蚀性能。建立一体化热防护结构的热响应和力学响应预报方法,以某飞行器机翼为研究对象,开展一体化热防护结构在机翼部位的应用研究,利用有限元方法进行热力耦合分析。结果一体化热防护结构高温热暴露后表面出现热解,但结构性能保持良好。结论设计的一体化热防护结构满足防热和承载两方面设计要求,是新一代飞行器的理想热防护方案。     

热防护系统热真空模拟试验技术

介绍了一种能模拟可重复使用运载器热防护系统内、外表面气动热和压力环境的热真空模拟试验装置,该装置不仅能模拟TPS外表面所受气动热和气动压力条件,还能模拟TPS内表面的真空压力环境。其外部环境压力4．0×10^2-2.0×10^5Pa,内部环境压力4．0～1．013×10^5Pa,热面温度可高达1100℃。利用该装置可以对热防护系统的传热性能进行稳态和瞬态测试。简要介绍了该装置的构成及功能,以及用其进行材料和结构的传热性能测试的试验方法。该装置的研制将为我国高超音速飞行器热防护系统的验证提供必要的技术手段。     

飞机典型液压管路全状态考核试验方法研究

目的 提出一种飞机典型液压管路全状态考核试验方法,同时考虑液压管路内部高压高速液压油流动和外部振动环境耦合产生的响应。方法 从飞机典型舱位液压管路系统中抽取出液压管路及其支持结构试验件,模拟出液压管路安装的机体支持刚度,通过液压回路组件模拟飞机液压管路内液压油的流动环境,以及通过振动台组件模拟飞机舱位振动环境这两个液压管路疲劳寿命的主要影响要素。结果 通过设计的试验能同时施加液压管路疲劳寿命主要影响因素环境。结论 针对目前飞机液压管路地面模拟试验环境和空中飞行状态有较大差异,文中提出了一种飞机典型液压管路全状态考核试验方法,通过该试验可为液压管路减振优化设计提供试验依据。     

预腐蚀典型铆接结构疲劳寿命特性研究

通过设计LY12-CZ材料的典型铆接结构试验件与模拟现役飞机的地面停放环境,完成加速试验环境谱下的预腐蚀试验与不同时间预腐蚀后试验件的等幅疲劳试验,最终获得预腐蚀典型铆接结构疲劳寿命特性与疲劳寿命的影响系数C（t）曲线。     

空间站应用系统电子设备热设计研究

目的针对以往载人航天应用系统中电子设备热设计的仿真分析方法不准确的问题,提出一种基于热平衡试验测量发热元器件温度数据验证热仿真分析结果的电子设备热设计方法。方法通过对应用系统电子设备在轨实际热工况条件的深入分析,结合电子设备的物理特性、电气特性及其技术特点,利用计算机应用技术和数字仿真技术建立电子设备热模型,并进行热仿真分析,再将仿真计算得到的发热元器件壳温与实际热平衡试验测量得到的元器件真实壳温比对,检验热仿真分析结果的准确性。结果某电子设备在真空度为1.0×10~(-4) Pa,温度为45℃条件下开展热平衡试验,实测得到的发热元器件温度值与热仿真分析温度值之差小于1℃。热平衡试验过程中,切换电子设备的不同工作模式时,通过器件的工作电流和电压计算出其热负荷指标与仿真得到的热耗值之差低于0.1 W。结论基于热平衡试验的发热元器件实测温度数据,验证了热仿真分析结果的电子设备热设计方法科学有效,有助于后续空间站应用系统电子设备热设计工作。     

Cooling rate limitations in the diffusion bonding of microchannel arrays

A significant barrier to the diffusion bonding of microchannel arrays is the large capital investment required to setup production. This large capital investment extends from long heating and cooling cycles leading to poor production capacities. Empirical studies in industry have shown that cooling rate is limited by the warpage of microchannel laminae, which is believed to be caused by thermal buckling. In this paper, the limits of cooling rates based on thermal buckling during the diffusion bonding of microchannel laminae are investigated. Finite element analyses of the transient thermal and stress behaviors of these microchannel laminae were conducted to identify the maximum cooling rates for different lamina thicknesses. Findings confirm that cooling rates are limited by the thermal buckling of unconstrained microchannel laminae during cooling of the device. Finite element analysis results are used to extrapolate implications for microchannel production.     

Tail loss and thermoregulation in the common lizard<Emphasis Type="Italic"> Zootoca vivipara</Emphasis>

Tail autotomy in lizards is an adaptive strategy that has evolved to reduce the risk of predation. Since tail loss reduces body mass and moving ability—which in turn are expected to influence thermal balance—there is potential for a trade-off between tail autotomy and thermoregulation. To test this hypothesis, we studied a common lizard (Zootoca vivipara) population at high latitude, inhabiting a high-cost thermal environment. Z. vivipara is a small, non-territorial lizard known as a very accurate thermoregulator. We made two predictions: (1) the reduced body weight due to tail loss results in faster heating rate (a benefit), and (2) the reduction in locomotor ability after tail loss induces a shift to the use of thermally poorer microhabitats (a cost), thus decreasing the field body temperatures of active lizards. We did not find any effect of tail loss on heating rate in laboratory experiments conducted under different thermal conditions. Likewise, no significant relationship between tail condition and field body temperatures, or between tail condition and thermal microhabitat use, were detected. Thus, our results suggest that tail autotomy does not influence the accuracy of thermoregulation in small-bodied lizards.Electronic Supplementary Material  Supplementary material is available in the online version of this article at     

弹箭外表面接插件高温高湿度耦合环境试验方法研究

目的 在地面条件下更真实地模拟弹箭外表面电器接插件在雨、雪、雾等高湿度条件下的飞行环境,方法利用数值分析方法,通过综合对比相同喷嘴结构下不同出口尺寸的外流场形态、不同压差下喷嘴出口流量等计算结果,确定喷口尺寸和工作压力.通过涡流黏度云图,确定接插件与喷嘴的相对位置关系.通过建模对喷淋方案进行效果预测后,搭建配套试验系统,并在石英灯加热器热辐射环境下开展高温高湿度耦合环境实效模拟试验.结果 试验中加热条件能够满足飞行过程中的表面温度及总加热量要求,水气环境模拟达到1.82 mm/min条件.试验后,对参试产品进行阻值测试、剖面碳化层厚度测量和热解产物分析,表征电气特性良好.结论 所述试验方法能够同时有效模拟高温高湿度飞行环境,能够对雨、雪、雾等高湿度条件下的接插件产品的飞行可靠性进行有效评估.     

一种适用于深水压试验的传压隔热装置设计

目的真实高效地进行深水压环境的温度模拟。方法提出一种深水压试验压力加载过程中的恒温实现方法,通过开展基于皮囊的结构设计、密封性设计、导热性研究等工作,设计一种适用于深水压试验的传压隔热装置,对其进行理论分析和仿真计算。结果该装置可以实现液体温度在较长时间内基本恒定,具有良好的传压隔热性能。结论在建立的实验系统上进行了试验研究,实现了深水压环境模拟试验中压力载荷同步条件下液体温度小范围恒定功能,该技术为深水压环境试验的相关技术研究提供了技术储备。     

基于模拟环境的特种车辆热平衡试验研究

对环境模拟试验室进行了技术改造,将设计指标设定为模拟环境温度-43℃,满足功率为400kW车辆的动态热平衡。在环境温度35～55℃时,环境模拟试验室制冷能力有了很大提高,采取适当的试验方法在环境模拟试验室中进行功率400kW以上车辆的热平衡试验,既可以满足国军标中规定的试验条件,又可以发现被试车辆研制过程中存在的问题,为工程设计人员提供了可靠的设计或改进依据。     

基于步进应力的火工品加速贮存试验研究

针对火工品长寿命、高可靠的特点,在长期贮存的条件下,评估其贮存可靠性是非常困难的。以步进应力加速贮存寿命试验方法评估了火工品的贮存可靠性,然后再把步进应力加速贮存寿命试验下的数据折算为恒定应力下的失效数据。根据其贮存寿命服从对数正态分布的规律进行统计分析,进而推算正常应力下火工品的贮存寿命。     

高过载条件下弹载控制系统贮存寿命研究展望

研究弹载控制系统长周期贮存、高过载发射、使用可靠性难以确定、缺乏寿命评估方法等问题。弹载控制系统长期贮存后,其控制系统能否承受高达20 000G的发射过载,这直接影响其制导精度和作战效能。通过研究弹载控制系统的结构原理、材料特性、工艺技术,以及其寿命与环境应力的复杂关联性,开展高过载条件下控制系统的应力分析、动态性能检测、失效机理分析、退化模型和加速模型统一形式,以及基于多维动态序列的系统级产品可靠性研究。确定其贮存薄弱环节,创建其在高过载冲击条件下的可靠性评估理论体系,突破长期贮存后弹载控制系统在高过载条件下寿命评估的技术瓶颈,拓宽弹药贮存寿命评估技术的研究范围,为其科学定寿和维修延寿奠定基础。     

再入攻角对弹头锥身气动热环境及结构热响应影响研究

目的分析再入弹头锥身气动热环境及结构热响应,研究再入攻角振荡对其影响规律。方法建立基于工程法的气动热/结构热响应耦合计算方法,并采用该方法开展锥身典型位置气动热环境及结构热性计算分析。结果随着再入攻角的振荡衰减,各典型子午面冷壁热流密度曲线围绕90°子午面热流密度曲线振荡,其振幅呈现先振荡增大、后振荡衰减的变化规律。与90°子午面相比,各子午面总加热量均有所增大。再入攻角振荡引起的金属层外壁面温度最大振荡幅值为3K,但对最终时刻结构温度影响较小。结论计算弹道条件下,再入飞行攻角振荡对气动热环境及结构热响应影响较小,可通过增加余量的方式给予考虑。