高超声速飞行器综合热管理及关键技术研究进展

从高超声速飞行器面临的内外热环境特点、热防护与舱内热管理的需求入手,面对热源增大、热沉受限的现状,提出需对高超声速飞行器舱外热防护与舱内热管理开展综合热管理与一体化设计,并分别针对热防护、舱内热管理以及综合热管理现有技术手段、应用特点以及发展趋势等方面开展综合论述与分析。在此基础上,对美国已经提出的一系列综合热管理计划的发展状况与关键技术点进行了综合论述。最后,从先进热管理单点技术、高超声速飞行器内外一体化耦合设计以及综合热管理系统快速建模与分析3方面分析了高超声速飞行器综合热管理关键技术。     

再入飞行器超高温陶瓷防热应用研究

目的探索尖锥外形高超声速飞行器超高温陶瓷防热设计约束要求。方法基于计算流体力学有限体积数值求解方法研究高超声速层流状态尖锥形飞行器的气动热环境,通过不同攻角下热流及辐射平衡温度分布规律研究获得防热设计约束要求。针对典型尖锥飞行器超高温陶瓷防热设计要求开展几何尺寸、攻角范围影响研究,最后探讨超高温陶瓷高性能热导率对防热设计影响。结果尖锥飞行器高热流仅限于驻点附近很小的区域,迎风面热流随着攻角增大迅速提高。满足防热设计约束的极限飞行攻角与端头长度呈正比,端头长度增加0.1m,极限攻角增大10°。超高温陶瓷热导率对端头防热设计影响较大,随着材料热导率增大50%,驻点辐射平衡温度降低205 K,端头连接结构温度增大50 K。结论尖锥体超高温陶瓷端头防热设计的重要约束指标为端头连接结构温度限制,设计时需要合理优化飞行攻角剖面,选取热导率性能适中的材料。     

“航天飞行器力热等耦合环境评价与防护技术研究”专题序言

正新型航天飞行器服役条件更加恶劣,如针对高超声速飞行、星际再入飞行等新的需求,飞行器在临近空间长航时高速飞行或再入大气层时,所经受的气动热环境较其他更为恶劣;大型复杂在轨航天器由于太阳辐照和空间冷黑背景影响,会导致轻质低刚度结构热致振动和不稳定。耦合效应更加显著,涉及多尺度、多物理场、多过程的耦合问题。航天飞行器力热等耦合环境评价与防护技术研究成为越来越重要课题。     

SiO2气凝胶隔热性能的影响因素研究

目的 在不同热流条件下,通过调整SiO2气凝胶的孔隙率、涂层厚度等,以满足合适的隔热要求。方法 针对中短程飞行器飞行时外壁面承受短时高热流的特点,在分析孔隙率对SiO2气凝胶热导率影响规律的基础上,通过数值仿真研究不同气凝胶孔隙率、气凝胶厚度及热流作用下的温度响应。结果 得到了不同条件下满足隔热要求的气凝胶最小厚度,以及气凝胶表面的最高温度。高温情况下,气凝胶孔隙率为96%时,有效热导率最低,孔隙率超过96%时,隔热性能变差。结论 当飞行器内壁面温度满足要求时,增大气凝胶的孔隙率,则需要减小气凝胶的厚度,相应的气凝胶表面温度会升高,但升幅很小。当飞行器外壁面承受长时间大热流时,仅调整气凝胶的厚度和孔隙率不能达到结构的隔热要求。     

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.     

近场动力学方法在C/C复合材料烧蚀问题中的应用

C/C复合材料是一种碳纤维增强的新型复合材料,作为抗烧蚀材料而广泛地应用于飞行器的热防护领域。在热化学烧蚀作用下,C/C复合材料通过质量损失,带走大量的热,从而阻止高温对飞行器内部结构部件的损害,保证工作人员和仪器的安全。C/C复合材料的热化学烧蚀是一个典型的非线性、不连续问题。不同于传统偏微分方程在不连续边界上的奇异性,近场动力学(PD)理论采用积分-微分方程避开了这一问题,可以在不引入其他复杂判定条件的情况下,用于描述烧蚀界面的移动问题。通过对热化学烧蚀作用下C/C复合材料质量的损失和结构边界移动过程的近场动力学数值模拟,分析了热化学烧蚀与温度场耦合作用下C/C复合材料烧蚀性能的变化规律。     

"临近空间服役环境及其与飞行器材料的耦合研究"专题序言

正临近空间飞行器包括大尺度的低速/亚声速浮空器和高升力、低阻力气动外形的超声速/高超声速飞行器,其发展可满足国家军事战略装备的需求,也起到带动国家民用科技强劲发展的作用。在温度、压力、太阳辐照和臭氧含量等多种临近空间服役环境因素条件下,临近空间飞行器表现出复杂的结构/材料与环境耦合效应,对飞行器及其分系统长时间     

“高温和超高温结构材料的环境损伤与评价技术研究”专题序言

正高性能飞行器的发展必须有先进发动机与之匹配,现代的航空/航天发动机不仅推力大,而且推重比不断提高。随着发动机推力和效率的提高,发动机的涡轮进口温度需不断提高。未来的航空发动机要求其热端关键部件在1100℃以上的高温和复杂载荷条件下长期可靠使用,因此传统的镍基和钴基高温合金已经不能满足下一代高性能先进发动机的需求。超高音速飞行器与空气的剧烈摩擦产生的热量,会导致鼻锥、机翼前缘、机翼挡板等的温度升高到2000℃左右。密度低、抗烧蚀、导热好、抗热冲击和热震性良好的碳/碳复合材料是最佳的选择,但碳/碳复合材料的主要问题是高温环境下的氧化。     

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。     

冲压发动机热结构振动环境预示研究

目的研究脉动压力作用下冲压发动机燃烧室热结构振动环境预示方法。方法建立发动机结构的力学模型,同时开展相应的常温和热模态试验,对有限元模型进行对比、修正,以最终得到的力学模型为基础,分段对发动机结构施加脉动压力,完成冲压发动机脉动压力作用下热振动响应计算,并与试验结果进行对比分析。结果预示结果与试验结果基本相符,验证了所采用的冲压发动机振动响应分析方法和技术途径的可行性和正确性。结论这种热-结构分析方法可用于冲压发动机振动环境预示,同时也可用于优化发动机结构设计,对飞行器研制初期环境预示及结构设计工作具有重要的工程应用价值。     

潜艇发射筒保护盖力学性能分析

目的研究艇载发射筒保护盖在深水压力和温度载荷下的力学性能。方法建立保护盖力学载荷和温度载荷模型,采用有限元技术仿真计算保护盖在这些载荷下的形变、应力、温度分布和热结构情况。结果深水压力载荷作用下,保护盖出现的形变大小在0.977~1.47 cm范围内,应力大小在1.22~7.91 MPa范围内。温度载荷下出现的形变大小在0.92~1.38 cm范围内,应力大小在0.272~1.26 MPa范围内。结论两种工况下保护盖最大形变均出现在中部,因此这个部位结构强度需加强,以防其被破坏。     

刚性隔热瓦对舱段结构动特性影响规律分析

目的 分析刚性隔热瓦尺寸、瓦间缝隙大小及热环境对典型舱段结构动特性的影响规律.方法 以刚性隔热瓦式热防护系统的高超声速飞行器舱段结构为研究对象,建立其动力学模型,分别研究自由-自由边界条件下刚性隔热瓦尺寸及瓦间缝隙大小对舱段结构动特性的影响规律.开展热环境下舱段结构的稳态热传导分析,获得热环境下舱段结构的温度场分布,然...     

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.     

基于共享平台的舰船装备腐蚀与防护信息分类方法研究

目的研究基于共享平台的舰船装备腐蚀与防护信息分类方法。方法运用系统工程的观点,结合舰船装备腐蚀与防护的特点,从全系统、全寿命周期角度对舰船装备腐蚀与防护信息涵盖的内容进行分析。根据相关信息分类标准,以标准化工作为基础,结合舰船装备腐蚀与防护信息特征,对舰船装备腐蚀与防护信息分类体系的要求与方法进行研究。结果依据线面结合的信息分类方法,构建了基于共享平台的舰船装备腐蚀与防护信息分类体系。结论提出了舰船装备腐蚀与防护信息分类体系的原则要求及分类方法,设计了基于共享平台的舰船装备腐蚀与防护信息分类体系。     

滇池流域水污染防治规划与富营养化控制战略研究

根据滇池水污染防治的决策需求,在系统分析滇池水环境演变趋势和评估演变诱因的基础上,以流域水环境承载力方案及容量总量控制方案为基础,提出了滇池流域水污染防治中长期规划研究的方法体系,包括:问题驱动、调查诊断、规划基础、规划方案、评估调控、规划战略;提出了源头控制、工程控制和末端控制相结合的污染减排对策;通过构建3个尺度、8个分区及4个规划重点的流域污染减排集成体系及情景方案,来实现在2个规划期、3类水质目标、4种社会经济发展情景下的规划目标.在此基础上,提出了滇池富营养化控制的战略思路.     

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。     

真空热试验红外加热笼运动驱动系统设计

目的解决在航天器真空热试验中,单纯依靠红外加热笼自身设计,无法兼顾高、低温工况外的热流模拟需求问题。方法设计一套运动驱动系统,并应用于型号试验,通过调整红外加热笼的相对位置,调节不同工况下外热流模拟能力。结果该系统满足空间环境模拟器机械和电接口要求,克服了真空热试验环境高真空、超低温等因素的影响,实现了红外加热笼的平稳可靠移动,使其最大、最小辐射热流密度等指标得到显著提升。结论真空热试验中,通过运动驱动系统适时调整红外加热笼的相对位置,可以使其更好地适应不同工况需求,并提高外热流模拟整体能力。     

四代战斗机结构腐蚀防护与控制需求分析

根据四代战斗机战技要求,分析了四代战斗机的载荷环境和使用环境;并结合腐蚀控制原则．从结构总体、结构材料与功能材料、几何构形4个方面提出四代战斗机结构腐蚀防护与控制需求。     

海洋大气模拟环境下电连接器安装防护工艺验证分析

目的研究海洋大气模拟环境下,电连接器不同安装防护工艺方法的环境适应性。方法选取有代表性的电连接器,以不同的安装防护工艺装配在典型结构材料制作的安装板上,在实验室加速腐蚀环境下,验证其不同的防护效果。结果电连接器线缆的不同防护工艺将对电连接器基本电性能造成直接影响,安装板与电连接器接触面的防护工艺不同将对其基体材料的腐蚀程度造成很大差异。结论采用热缩管对连接器线缆进行有效的密封能保护电连接器内部结构,避免腐蚀介质的侵蚀对电性能造成影响,电连接器安装(包括方盘安装和气密螺母安装),应对其安装接触面进行填角密封,且安装板前后两面都需要进行密封。