硼化物基超高温复合陶瓷超高速撞击作用下破坏模式研究

随着各国航天实验和航天器的增加,太空中存在微小碎片垃圾越来越多,对航天器正常运行有着极大的危害。研究弹丸超高速撞击硼化物基复合陶瓷产生的碎片云特性,采用非线性动力学分析软件AUTODYN,利用光滑质点动力学方法对圆柱形弹丸超高速撞击硼化物基超高温复合陶瓷单层板形成的碎片云进行数值模拟,分析相同质量不同速度弹丸撞击靶板的破坏模式,不同质量相同速度弹丸撞击靶板的破坏模式。结果表明在不同速度和质量弹丸撞击靶板的破坏模式中,穿孔半径变化规律为穿孔半径随着弹丸速度和质量的增大而增大。根据不同质量弹丸超高速撞击板靶的穿孔半径变化规律,得到弹丸撞击相同厚度靶板的击穿速度临界值。该结果可为航天器超高速撞击风险评估和防护设计提供了参考。     

含表面应力集中超高温陶瓷材料热冲击可靠性的研究

目的研究含表面应力集中的超高温陶瓷材料在热冲击环境下的可靠性。方法针对超高温陶瓷材料,研究了其威布尔分布规律和含不同切口半径的材料可靠性,并建立了其在热冲击载荷作用下的可靠性评价方法。结果对于切口不完全敏感的材料,切口件的可靠性并不是随着切口半径的减小而单调增大,对于研究的三种切口半径试样(r=0.1、0.25、0.5 mm),r=0.1 mm的试样存活率最小,r=0.25 mm的试样存活率最大。淬火初期阶段,表面含切口的材料存活率在0.04 s内急剧降低至0,0.04～0.1 s时存活率维持在0,0.1 s后存活率迅速上升,约0.28s后存活率增大为1。结论建立的评价方法可以作为超高温陶瓷材料在热冲击环境下应用可靠性的有效评估手段,对其进一步被广泛应用具有重要意义。     

超高温陶瓷改性碳基/陶瓷基复合材料的多尺度构筑与性能研究进展

从复合材料的多尺度结构构筑出发,简述了超高温陶瓷改性碳基、陶瓷基复合材料的制备方法及其优缺点。综述了均质和非均质结构超高温陶瓷改性碳基、陶瓷基复合材料的结构设计、制备工艺、力学性能和烧蚀性能。提出设计开发低成本、短周期新工艺以及与现有工艺的有机结合以制备出更高综合性能要求的复合材料,是未来的主攻方向。从材料结构设计上,指出未来努力的重要方向。     

高超声速飞行器主动式气膜冷却防热技术研究

目的针对未来高超声速飞行器(飞行速度20 Ma),提出一种主动式气膜冷却防热技术,并计算验证其有效性。方法通过求解三维N-S方程组,采用PARK-1的5组分(N2,O2,N,O,NO)17方程有限速率化学反应模型,考虑了真实气体效应;针对典型的钝头体外形,在头部驻点处构造单个气膜冷却微孔,向外喷射冷却气体,计算了飞行马赫数为20、高度在30 km以下的气膜冷却效率。结果与无气膜冷却相比,有气膜冷却时,气膜孔附近等温壁面(300 K)热流密度的最高降幅约90%,冷却气体有效覆盖面积可达到约孔出口面积的10倍。结论气膜冷却在未来高超声速飞行器防热中具有广阔的应用前景。     

陶瓷防热瓦间缝隙气动加热规律研究

在分析缝隙内部流动特征的基础上,利用CFD技术对瓦间缝隙气动加热的参数影响规律进行了研究,着重探讨了来流马赫数、攻角、缝隙宽度、倒角半径及瓦间台阶因素对缝隙内部热流分布的影响。研究结果表明,缝隙内部热流呈U形分布,缝隙内部热流随着马赫数的增大而减小,随着攻角、缝隙宽度、倒角半径、瓦间台阶的增大而增大。     

硼化物基超高温陶瓷材料在热力耦合作用下力学性能研究

以新型天地往返飞行器、高超声速飞行器和火箭推进系统等最具前景的候选材料——硼化物基超高温陶瓷材料的应用为背景,采用有限元法ABAQUS软件对UHTC试件进行数值模拟,得到带有表面贯穿裂纹的UHTC试件在不同加载条件下的应力、应变及应力强度因子的变化规律,为研究材料在热冲击过程中考虑应变速率的影响奠定理论基础。     

超高温厌氧水解酸化特征与效果研究

在上流式水解反应器中接种经长期驯化的高温厌氧污泥,在 35,55,70℃条件下对淀粉生产废水进行了水解酸化动态和静态试验.对不同温度、不同停留时间的水解酸化效果和 3 个温度下水解酸化过程中 VFA、COD、SS、pH 值、硫酸盐、硫化物、碱度、蛋白质等变化特征及其机理进行了比较研究与评价.结果表明,超高温(70℃)酸化率、酸化速率以及 COD 和硫酸盐去除率均明显高于中温和高温的效果;动态试验中,其酸化率为 28.5%,酸化速率为 0.142h^-1,COD 去除率为 24%,SS 去除率达到 86%, SO₄^2-去除率为 32.5%,蛋白质水解率为 89.4%. 2-水解反应器容积负荷达到 36.2kg COD/(m³·d).提出了用酸化率和酸化速率作为水解酸化的综合评价指标.     

飞行器防热研究概况及其发展趋势

介绍了飞行器上经常采用的几种典型的防热结构,包括辐射防热结构、烧蚀防热结构、柔性毡防热结构、刚性防热瓦防热结构以及金属盖板防热结构,并指出了它们各自的优缺点.列举了当前国内外飞行器防热分析与设计研究的概况,并介绍了防热技术在飞行器上的典型应用.最后,概括了飞行器防热研究的发展趋势.     

超高温烟气过滤除尘的研究进展

指出了过滤除尘在超高温除尘方面的优势。总结了近期在超高温烟气过滤过程中的过滤机理研究进展,列举了从300～900℃温度范围内应用的各种滤材,描述了各类滤材的优缺点。     

等离子喷涂 YSZ 涂层瞬态超高温冲蚀性能研究

目的研究等离子喷涂YSZ涂层的瞬态超高温烧蚀性能。方法借助超音速火焰喷涂设备实现超高温高速火焰,对等离子喷涂YSZ涂层进行瞬态冲蚀,通过火焰中加送氧化铝颗粒模拟对涂层的高温冲刷。采用常规手段评价涂层的抗瞬态超高温冲蚀性能,并对冲蚀部位进行微观观察,探讨涂层的失效机理。结果在3000 K、不添加砂粒的条件下,火焰冲击3 s后钢基体材料表面发生沸腾;喷涂0.6 mm YSZ的试样在火焰冲击60 s后涂层完好。在3000 K、添加砂粒的条件下,火焰冲击3 s后钢基体材料被冲刷出约1.0 mm深坑;喷涂0.6 mm YSZ试样的涂层被火焰冲刷剥落,但基体未受明显损伤;喷涂1 mm YSZ的试样,试验后仍保留部分涂层。结论在3000 K高温瞬态冲蚀条件下,热喷涂1 mm厚YSZ涂层可对材料表面形成有效防护。     

高温气冷堆陶瓷堆内构件热老化试验平台开发

目的 开发一种试验平台模拟高温气冷堆正常工况、氧化腐蚀工况和事故工况试验条件,研究陶瓷堆内构件的氧化腐蚀行为和长期服役热老化规律。方法 通过分析高温气冷堆陶瓷堆内构件服役环境特征,确定试验平台开发技术要求,其主要部件包括氧气流量控制器、氦气流量控制器、储气罐、反应气流量控制器、气体预热器、高温反应炉、气体循环泵、氦气纯化器、纯水罐、蠕动泵、真空泵、排气冷肼、在线气相色谱仪、在线露点仪等。结果 该试验平台可精确控制在冷却剂氦气中混入微量的O2、H2O杂质,研究反应时间、温度等因素的影响,还可模拟高温堆正常工况和蒸汽发生器传热管破裂进水事故工况条件,开展长达3 000 h以上的连续热老化试验。结论 该试验平台具有高精度、大尺寸、耐高温、耐长周期试验等优异特性,可模拟复杂多样的工况条件,开展热老化试验研究。     

高温高湿环境对车辆装备的影响及防护对策

高温高湿环境条件对车辆装备性能有着至关重要的影响。为了提高新时期我军车辆装备保障能力,就必须做好车辆装备的的防护管理。首先介绍了高温高湿地区气候环境的特点,分析了其对车辆装备的主要影响,最后提出了车辆装备防护管理的对策。     

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。     

数字图像相关技术在高温热膨胀系数测量中的应用

目的测量热结构材料在高温环境下的热膨胀系数,方法将数字图像相关(DIC)技术和通电加热技术相结合,建立高温热变形测量系统。该系统使用CCD相机采集不同温度下试样的表面图像,经DIC方法分析处理得到被测材料随温度升高产生的变形和应变,进一步计算得到相应温度下的热膨胀系数。测量紫铜、石墨分别在600~800℃,600~1200℃范围内的热膨胀系数,并与文献数据进行比较。结果使用该实验系统测量得到了紫铜和石墨分别在600~800℃,600~1200℃范围内的热膨胀系数,与文献参考值吻合较好。结论该测量方法可精确得到导电材料的热应变及热膨胀系数,测量温度上限可达1200℃。     

温度梯度下钛合金热防护结构的导波特性研究

目的 实现可重复使用钛合金热防护结构的导波健康监测。方法 针对钛合金热防护结构,提出热–力–电多物理场耦合导波传播建模仿真分析方法,研究温度梯度下钛合金热防护结构中导波的传播特性,以及在温度梯度和裂纹损伤耦合作用下导波的传播特性。结果 20~500 ℃的温度梯度会导致钛合金结构中导波的群速度降低、幅值衰减降低,裂纹损伤使得钛合金结构中导波的群速度、幅值降低,且损伤越大,影响越明显。裂纹扩展至20 mm时,S0模式群速度降低了1.5%,A0模式群速度降低了2%。结论 此模型可为大范围的温度梯度条件下,钛合金热防护结构上传感器优化布置以及导波监测方法的研究提供指导。     

高超声速飞行器多物理场耦合及热防护技术研究综述

主要对国内外近年来在解决流热固多场耦合以及热防护问题方面所做的研究和所采用的分析方法进行论述和总结,对各类研究方法的优缺点和适用范围进行分析和评价,为从事多场耦合问题及热防护技术的研究人员提供一定理论支持。     

火电建设面临的环保形势与任务分析

从国家投资体制改革、主要产业政策、火电项目厂址选择要求、污染治理法规及标准要求等方面简述了火电建设面临的环保形势.依据国民经济的发展要求,预测了电力的建设需要和目前的在建规模,指出由于违规电站的开工,导致目前电力在建规模偏大的问题,国家需以科学发展观为指导,加强宏观调控力度.以火电SO2污染控制为例,分析了火电建设面临的环保任务以及排污权交易可能产生的经济效应.      

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。     

难熔金属表面高温防护涂层研究进展与技术展望

回顾了难熔金属五大高温防护涂层体系的发展现状,即生成保护性氧化膜的金属间化合物涂层、贵金属涂层、生成保护性氧化膜的合金涂层、惰性氧化物陶瓷涂层以及玻璃陶瓷基复合涂层,总结了这些涂层的高温防护机理、制备方法以及失效机制。基于单一的传统高温防护涂层体系已经难以满足新一代高比冲姿、轨控火箭发动机以及高超声速飞行器热端部件对高温防护涂层提出的抗超高温氧化性能、优良的抗热震性能、良好的抗热冲刷(烧蚀)性能以及长服役寿命等性能需求的现状,简要介绍了过渡族金属的硼化物、碳化物等几种潜在的新型高温防护涂层材料体系,以及相应的涂层制备方法,这些新型涂层体系的发展有望满足现代宇航工业难熔金属热端部件的高温防护需求。     

长时间高温热环境考核试验中石英灯阵的破坏及预防

目的 解决220 V-6 kW石英灯管阵列在试件表面1200 ℃持续40 min以上试验过程中的热破坏问题。方法 对灯管破坏形貌进行分析,通过热应力计算找到了爆灯的主要原因。针对现有加热器灯阵中灯头部位的热结构问题设计一套气体强制对流冷却装置,利用流体仿真分析方法获得出气管上不同出气孔孔径在相同间距条件下的气流速度、出气管外空流场状态和有灯阵时的灯头绕流冷却效果,为结构设计提供依据。结果 在相同地面热环境模拟试验中成功进行了考核试验。对比有无冷却装置时的试验结果,对流换热装置能够增加灯管使用寿命,保证试验质量。结论 针对灯头部位进行强制对流保护的方法,能够提高加热器在试验过程中的热环境模拟温度上限和有效试验时间,对高温长时间类热环境试验具有较好的应用和推广价值。