Effect of variable solid phase thermal properties on propellant combustion

Mathematical models derived for describing the combustion of solid rocket propellants have in the past assumed that the thermal properties, specific heat, and thermal conductivity are constant throughout the solid phase portion of the combustion zone. The values for specific heat and thermal conductivity can vary as much as 50–100 percent for the temperatures in the solid phase combustion wave, values from about 250 to 1100 K. Thus, the variation in solid phase properties due to the temperature variation in the solid phase have significant effects on the burning rate, the temperature sensitivity and the pressure coupled response. The paper is concerned with predicting the effect of the variable solid phase properties on the combustion properties. Parametric calculations were made to illustrate the effect of the magnitude of the variation of solid phase properties with temperature. The results indicate that significant differences exist between the values for the combustion parameters calculated using variable thermal properties as compared to those calculated using constant thermal properties.     

耐高温气凝胶隔热材料研究进展

气凝胶是一种由胶粒或者聚合物单体相互聚合构成的具有三维网络骨架的固体纳米材料,具有超低密度、低热导、高比表面积和高孔隙率等优异性能。气凝胶材料的孔隙率在90%以上,且气凝胶材料内部的介孔结构使得气凝胶具有极佳的隔热性能。同时,气凝胶材料的低热导率和高耐温性可以让其在高温下仍能保持良好的三维纳米网络结构,不会发生高温烧结现象。因此,气凝胶材料在轻质耐高温防隔热材料领域得到了广泛关注。本文重点介绍了耐高温气凝胶隔热防护材料耐温性能研究及发展现状,且对耐高温气凝胶隔热防护材料的发展进行了展望。     

C/C复合材料高温热物理性能实验研究

实验研究了烧蚀防热C／C复合材料从常温到高温的等效热膨胀系数、热扩散率、比热随温度的变化情况，并计算了材料不同温度下的热导率与抗热应力系数。结果表明：材料的热膨胀系数很小，接近零膨胀。热扩散率随温度升高而下降，比热随温度升高近似比例增加，而热导率随温度的变化规律与热扩散率相似。材料的抗热应力系数随温度的升高变化不大，抗热震性能稳定。     

月面热环境的反演研究

以嫦娥三号巡视器月面日食期间非稳态的温度遥测数据为基础，通过建立月壤及巡视器的传热模型，反演了日食期间月面温度的变化，并给出了符合巡视器温度遥测的月壤热物性参数取值范围。在此基础上，对月面热环境进行了分析研究。结果表明，本文反演的月壤平均导热系数大于常见取值，而比热却明显小于常见取值。采用反演的热物性值计算的月表温度与之前认识相符，但对月壤内部热环境有新发现，其温度梯度相对减小而恒温层厚度则明显增大。     

轴棒法编织C/C复合材料的热物理及烧蚀性能

采用轴棒法编织三维四向炭纤维预制体,经高压沥青浸渍炭化致密化工艺(HIPIC)制得高密度4D C/C复合材料,研究了材料轴向的热物理性能、抗烧蚀性能,并分析了材料的烧蚀机理.结果表明,轴棒法编织C/C复合材料轴向的热扩散率随着温度的升高而降低,比定压热容随温度的升高而增大,热导率随温度的升高缓慢下降,且材料的热物理性能...     

飞行器高热流密度长时间测试方法

为实现对飞行器高热流密度热流的长时间测量,文章提出了一种以与高导热金属蜂窝材料复合的相变材料作为热沉的热流计,利用相变材料的潜热持续吸收热流计所接收的热量,可以对1 MW·m-2的热流密度持续测量2000 s以上。利用显热容数值方法建立了高热流密度长时间持续测量的分析模型,研究了热沉相变材料的热导率、相变温度、相变潜热等物性参数对测量方案的影响。研究结果表明,应选取热导率较大、相变温度较低且高于初始环境温度,以及相变潜热较大的相变材料作为长时间高热流密度测量的热沉材料。     

C-C扩张段材料性能设计

在相同的喷管结构中,通过正交试验和喷管结构有限元热应力分析,获得径向弹性模量、母线方向(环向)弹性模量、径向热导率、母线方向(环向)热导率、径向热膨胀系数、母线方向(环向)热膨胀系数、密度和比定压热容等八因素三水平情况下的母线方向拉应力极值、环向压应力极值和层间剪切应力极值。通过极差分析,初步获得优化的材料参数设计方案,然后对试验结果进行方差分析,得出母线方向弹性模量、径向热导率和母线方向热膨胀系数这3个因素是非常显著的;结合喷管扩张段C/C复合材料的应用环境和工艺条件,得出最终的材料优化设计方案,并进行有限元热应力分析,发现应力极值都远小于现有针刺C/C复合材料的许用应力。     

梯度功能材料物性参数的推定方法

分析和评价了现有的估算梯度功能材料(FGM)物性参数的几种方法，提出了实测法和复合法则法相结合估算FGM物性参数的方法——参数修正法，以及根据若干实测点推定物性参数的方法。用这些方法对新研制的碳陶梯度功能材料C／C／Al2O3，的热导率和比热容进行了分析计算，并通过比较计算结果，找出了实用性和可操作性较强的方法。     

航天用传热强化工质导热系数和粘度的实验研究

通过在航天器热控系统用的某型液体传热工质中添加铜纳米粒子，研制一种新型航天用传热冷却工质-纳米流体。分别运用瞬态热线法和NXE-1型粘度计测定了不同纳米粒子体积份额配比的纳米流体的导热系数和粘度，分析了纳米粒子体积份额、温度等因素对纳米流体导热系数和粘度的影响，实验结果表明，在液体中添加纳米粒子，显著增加了液体的导热系数和传热性能。     

Investigation of solid propellant combustion instability by means of a T-burner

Experimental investigation of solid propellant combustion instability using variable area T-burner is presented. The test facility is described and theoretical background and formulation related to the specific geometry are given. A number of solid propellants were tested over pressure oscillation frequency range of 350–1000 Hz. Results show complex behavior of the propellant response, and can characterize the different propellants according to their combustion instability level.     

推力室多孔面板氢发汗冷却传热分析

为了研究氢氧火箭发动机推力室喷注器多孔面板的发汗冷却特性,采用一维非热平衡能量方程模型对其进行了数值传热计算,计算模型考虑了冷却剂氢的变物性和多孔结构内固体与流体之间的对流换特征。分析总结了多孔结构固体导热率、孔隙率、颗粒特征直径和燃烧室热流密度等因素对多孔面板发汗冷却的影响。研究结果表明,选择较高导热率的多孔面板制造材料能够降低燃气侧面板温度和减小面板温度梯度;孔隙率一般在0.1～0.2为宜;随着颗粒特征直径增大冷却剂与多孔结构固体之间的换热能力明显下降,燃气侧面板温度呈先降低后升高的趋势。     

固体材料的空间环境摩擦试验

为了开展在模拟空间环境下材料摩擦学性能的研究,利用自行研制的空间环境摩擦试验装置,进行了几种固体材料在超高真空、交变温度和辐照（原子氧、紫外）等环境下的摩擦试验。试验结果表明:与大气环境下相比,PTFE、PI、MoS₂/PI粘结涂层和离子镀Ag薄膜在≤5×10-4 Pa真空环境中的摩擦系数发生了明显变化;高低温对离子镀Ag薄膜在真空中的摩擦系数有显著影响,而对溅射MoS₂薄膜的摩擦系数影响不明显;原子氧和紫外辐照导致PI、Kapton、PTFE和MoS2/PI粘结涂层等的真空摩擦系数显著改变。     

一种固体火箭发动机内弹道性能数字仿真研究

研究了固体火箭发动机内弹道性能数字仿真方法，包括确定其随机变量，提出根据试验数据修正压强和推力的计算公式和数字仿真模型。该方法可用于固体发动机方案选择、性能评定及流场计算。对某固体火箭发动机的内弹道性能进行了数字仿真，得出了燃烧时间平均压强和平均推力、最大压强、比冲和总冲等内弹道性能参数的均值和方差。计算结果和实验数据符合较好，说明该仿真模型计算可靠。     

固体火箭发动机喉衬流场及热结构耦合分析

为了准确预示固体火箭发动机喉衬在燃气环境中的烧蚀传热及热结构行为,建立了基于FLUENT流体计算软件和ANSYS结构分析软件的流场及热结构耦合分析模型.由FLUENT采用整场离散、整场求解的方法进行流固耦合烧蚀传热模拟,得到的压强及温度分布导入ANSYS进行结构分析,实现了流场与烧蚀传热的双向耦合以及流场、热到结构的单...     

复合固体推进剂静电危险性数值模拟

建立了一维非稳态传热、传质、裂纹扩展方程,对复合固体推进剂在静电激励下的危险性反应过程进行了数值模拟研究。计算了使一种HTPB推进剂发生危险的临界放电能量为0.74 J,与文献报道值0.76 J接近,说明本数值计算模型比较准确。在模型验证的基础上,考察了某推进剂的特征参数,如断裂韧性、裂纹扩展速度、固相分解热、燃速及静电放电时间对该推进剂发生危险时的临界放电能量和功率的影响规律。研究表明,放电时间、断裂韧性、裂纹扩展速度、燃速对推进剂发生危险变化的临界能量影响较大,断裂韧性越大、裂纹扩展速度越低、燃速越高的推进剂越容易在静电激励下发生危险。     

双探针法测量月壤热物性参数的影响因素分析

针对双探针法测量月壤热物性过程,建立了探针与月壤组成的多层介质在太阳辐照加 热与月表辐射散热作用下的二维非稳态传热模型。通过数值模拟,分析了探针长度、直径、 中心间距和加热功率等因素对测量结果的影响。结果表明,若月壤导热系数在0.01W／
(m·K)左右,则月壤的弱导热性是双探针探测设计中需考虑的主要因素。在上述分析的基 础上,设计了双探针结构,对一导热性能较差的松散介质进行了地面测量实验,通过试错法 反演测量数据得到该介质的热扩散率与导热系数,为进一步应用研究提供了参考。     

基于网格自适应的飞行器防热材料热传导系数辨识

为准确辨识高超声速飞行器防热材料热传导系数，构造了针对热传导偏微分方程系统的约束泛函极值问题，基于表征多项式逼近性能的Weierstrass定理，采用Lagrange多项式对热传导系数进行参数化建模，进而将无穷维的约束泛函极值问题转化为有限维的非线性规划问题，再利用基于动态优化方程的优化方法将此非线性规划问题转化为常微分方程初值问题进行求解。为从较有限的测量数据中准确地“学习”热传导系数，建立采用“过拟合”判别准则的网格自适应迭代算法改善辨识精度。研究表明本文采用的辨识策略与优化方法有效，辨识结果可以较准确地反映材料热传导系数的变化规律。     

石墨渗铜喉衬材料的微观结构与抗热震性能

采用粗粒级高强石墨加压渗铜工艺，制备了石墨渗铜(CIG：copper-impregnated graphite)喉衬材料。对其微观结构与抗热震性能的关系进行了研究。结果表明，由于渗铜提高了原石墨的热导率及整体增韧的综合效果，使石墨渗铜材料比通用的5种石墨材料具有更好的抗热震性能，更好地适应了小型高性能战术导弹、航天飞行器高压强大流量SRM对喉衬材料的要求。     

基于石墨板的电子设备大功率器件散热方法研究

针对宇航电子设备大功率器件的散热路径进行了分析。对顶部散热的器件采用高导热石墨板、精确控制导热垫压缩量、增加导热路径等方式进行散热,对腹部散热的器件采用覆铜通孔等方式进行散热,并结合热仿真和温循试验,有效解决了大功率器件散热问题。     

高超声速飞行器气动热耗散、输运及转换技术研究进展

针对高超声速飞行器面临的严重气动热集中、累积和时变问题,从气动热耗散、输运和转换三个方面,分别论述了被动热耗散材料、结构和主动热耗散技术,基于高导热材料、热管和工质对流的热输运技术,以及再生转换和热电转换技术的研究现状及其在高超声速飞行器上的应用案例,提出了上述技术在面临高超声速气动热时存在的问题。最后,针对高超声速飞行器气动热耗散、输运和转换技术的发展趋势进行了展望。