高空高速无人飞行器热控制系统设计

针对飞行时间短、速度和高度变化快、表面温度波动大的无人飞行器UAV(Unmanned Aerial Vehicles)热控制系统设计难题,提出了一种可解决实际工程问题的热分析计算方法.即把热天工况、冷天工况和标准天工况作为设计/试验工况;采用参考温度法、高超音速工程预测法或计算流体动力学CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟法,确定了飞行器表面温度分布,并把其作为后续热分析数学模型的外边界条件;分析结构热容量对瞬态热载荷的影响,建立与之相应的边值问题方程,并采用有限差分法求解;根据高空高速飞行特点及瞬态热载荷值,确定仪器设备舱调温系统方案.     

空间站乘员睡眠区二氧化碳聚集现象

为了分析乘员在没有良好通风的压力舱内停留时,呼出CO₂的聚集过程并评估其可能导致的医学危害,建立了乘员在特定空间站睡眠舱的计算流体动力学模型,对乘员在睡眠区的呼吸过程进行了非稳态模拟.模拟中乘员的CO₂呼出浓度和肺通气量根据生理实验随CO₂吸入浓度变化.通过模拟给出了睡眠区典型位置处CO₂分压随时间的变化规律.最后提出了无通风条件下乘员在睡眠区停留的最大容许时间,睡眠区CO₂浓度监测仪的布置原则和类似情况下为保障乘员生命安全可采取的一些措施.      

图解世界载人航天发展史(十三)

<正>载人航天器初期载人航天器"东方"号飞船"东方"号飞船是苏联最早期用来突破人类进入太空的载人航天器,质量约4.73吨,长约7.35米,由密封的乘员舱和非密封的设备舱两部分组成,乘员为1人。图为在厂房内将上方直径2.3米的球形乘员舱和下方的圆锥形设备舱组装在—起,成为完整的"东方"号飞船。"东方"号飞船的乘员舱比较狭小,仅能容纳一个人,舱内大气压与地面相同,舱内温度15℃~20℃,相对湿度30%~70%,电源由蓄电池提供。乘员舱有两个圆形舱门,一个是降落伞舱门,一个是弹射座椅舱门。     

多舱段载人航天器CO2去除系统性能仿真分析

多舱段载人航天器通常由主控舱段利用舱间通风对组合体空气环境参数进行集中控制.利用Ecosimpro建立了一种多舱段载人航天器CO₂去除系统性能仿真分析模型,包括舱体模块、乘员模块、CO₂净化模块、舱间通风模块,并对三舱段载人航天器CO₂去除系统性能进行了计算分析.结果表明,当净化装置进风量为0.007 2 kg/s,非主控舱段驻留人数达到6人时,会造成非主控舱段CO₂分压超出700 Pa的指标上限.此时增大舱间通风量对降低非主控舱段CO₂分压的效果并不明显,有效的控制方式是增大净化装置进风量.当净化装置进风量增加至0.011 3 kg/s时,非主控舱段CO₂分压可降至700 Pa以下.该工作有助于加快载人航天器空气环境控制系统的设计和改进流程.     

太阳同步轨道卫星光学特性

为了分析太阳同步轨道卫星的光学特性,对FY-1卫星的可见光和红外波段光学信号进行了仿真计算和模拟试验验证.通过对外部辐射及内部热源的分析,计算了卫星的温度场,采用随机起伏表面算法模拟表面覆盖材料外表面,通过阴影遮挡判断及双向反射分布函数(BRDF, Bi-directional Reflectance Distribution Function)模型计算卫星对外部辐射的反射特性,编程计算得到在可见光0.4~1.0μm和红外8~14 μm,14~16 μm波段下卫星的光学特性.结果表明红外辐射亮度与表面温度相关,8~14 μm最大约90 W/(m²·sr)、14~16 μm最大约20 W/(m²·sr).空间可见光辐射强度具有明显的镜面反射效应,卫星主体峰值2 200 W/sr.通过地面模拟测量空间目标的温度和红外辐射验证了温度及红外辐射仿真计算模型,可见光辐射强度仿真计算结果与地面模型卫星测量结果误差在20%以内.     

多舱段载人航天器氧分压控制仿真分析

为确保乘员安全性,载人航天器需通过氧分压控制系统将密封舱内的氧分压控制在指标范围内.提出了一种两舱段载人航天器密封舱氧分压控制系统数学模型,包括密封舱体、乘员、供氧组件、舱间通风(IMV)等多个子模块.通过与相关试验数据进行对比,证明了数学模型的准确性.针对由两个容积为60 m3密封舱组成的组合体,利用该模型分析了乘员驻留位置、舱间通风量、氧分压监测模式对两舱氧分压的影响.结果表明:当舱间通风量为0.5 m3/min 且6人驻留在氧分压非主控舱时,两舱氧分压上限差别达到2.2 kPa.两舱氧分压差别会随着舱间通风量的增加而减小.单舱监测模式和两舱监测模式对两舱氧分压影响并不显著,当舱间通风量超过1.5 m3/min时,两种控制模式的氧分压控制效果趋于一致.      

火焰筒结构局部热屈曲分析方法

根据局部热屈曲的失效机理,考虑局部温度和压应力水平两个热屈曲主要因素,从以应力函数和挠度函数为变量的受热板控制方程出发,推导出薄壁结构热屈曲失稳边界的判据表达式.依据确定的热载荷和设计的压力载荷,确定火焰筒结构的局部热屈曲危险部位,并将子模型技术引入到热屈曲分析中,确定危险部位的临界温度和临界压应力,以此对火焰筒结构进行局部热屈曲判别.通过工程实例的初步验证,计算与试验结果吻合良好,对火焰筒结构设计具有重要的工程应用价值.     

电离对高超声速热化学非平衡气动热环境的影响

高超声速飞行,激波后高温气体会发生电离,飞行器气动热环境复杂。5组元（N₂,O₂,NO,O,N）、7组元（N₂,O₂,NO,O,N,NO+,e-）和11组元（N₂,O₂,NO,O,N,N₂+,O₂+,NO+,O+,N+,e-）热化学反应采用Gupta化学反应模型,分别数值研究电离作用对高超声速热化学非平衡气动热环境影响。本文分析了不同催化壁面条件下,高超声速热化学非平衡电离流场气动热环境特性。电离作用对激波离体距离和气动力载荷的影响很小。5组元热化学非平衡不考虑电离作用,流场温度和壁面热流密度偏大。11组元热化学平衡强电离流场温度最低;7组元热化学非平衡弱电离流场NO+和e-生成量过低;11组元热化学反应能对热化学非平衡电离流场气动力和热流密度载荷可靠预测。壁面催化作用会增大壁面热流密度,但它对高超声速热化学非平衡电离流场温度和气动力载荷的影响很小。      

座舱瞬态热载荷的计算与仿真

以我国新一代战斗机的研制为背景,提出了高精度的飞机座舱瞬态热载荷的计算与仿真方法.与传统的计算方法相比,通过联解传导-辐射-对流耦合的控制方程以求出蒙皮温度、座舱各壁面温度,同时考虑了透过舱盖、风挡等透明体的太阳辐射对舱内驾驶员、座椅及仪表盘这类内表面温度和舱内空气温度的影响.通过将座舱内外壁面和舱内空气作为一体联解方程组后,结合某飞行剖面求解了飞机座舱实时瞬态热载荷,并比较了采用本方法与传统方法对计算精度的影响.      

高超声速飞行器热载荷计算及影响因素分析

对吸热式热防护系统和液氮为冷源的高超声速飞行器热控系统,分别采用辐射热平衡法和双层集总参数法,建立了隔热层和舱内温度场的热力学模型,实现了气动加热、隔热层导热及舱内温度场等各传热环节的解耦.在此基础上,按照X-34验证机的飞行剖面对高超声速飞行器电子设备舱热载荷进行了计算,并分析了隔热层厚度、舱内冷却气体流速及液氮量对舱内温度和电子设备温度的影响.结果表明,该方法对热传递过程各环节响应特性能够较准确的分析,在工程方案初步设计阶段具有重要的应用价值.     

大飞机四轮升压制冷系统焓参数法匹配计算

国外先进民机座舱制冷系统已采用高性能四轮升压式高压除水制冷系统.针对传统的系统参数匹配方法复杂的特点,引入焓参数法建立了四轮升压式高压除水制冷系统匹配计算模型,用所建模型进行了匹配计算,并分析了流比、风扇功率比参数和涡轮功率比参数对系统性能的影响.计算结果表明:用焓代替温度作为系统各附件热力计算的状态参数,使得物理概念清晰,匹配过程简单,编程易于实现.避免了重复计算各附件连接点湿空气的饱和含湿量,简化了换热器的热力计算过程.研究成果为大飞机的研制提供了一定的理论指导.     

大型航天器热管理系统集成分析

文章以虚拟的空间实验室为例 ,用数值模拟的方法 ,模拟了大型航天器热管理系统非稳态过程的温度等参数。热管理系统温度等参数的集成分析 ,为大型热管理系统设计提供了分析平台 ,为进一步的敏感性分析、优化设计、试验参数修正、参数置信度分析、鲁棒性设计奠定了分析基础 ,并作为能量系统的主要组成部分 ,为能量系统的能量平衡分析和电能 /热匹配分析提供有力支持。     

战斗机地面停放时飞行员综合热应激预测模型

预测夏季战斗机地面停放时飞行员的热应激,以提高航卫等有关人员对飞行员受高温影响的认识,并为采取必要的防护措施提供依据.首先由气象条件估算战斗机座舱内热环境参数,分析穿着夏季飞行基础服装时飞行员在座舱热环境中的热调节过程,模拟飞行员热生理指标变化情况,从而预测飞行员的热应激水平.编制了飞行员穿夏季基础着装在座舱中的热分析软件,给出了热应激预测结果,经高温舱试验验证,人体平均皮肤温度、核心温度及平均体温增值计算与试验结果变化趋势相同,且量值接近,热应激预警结果一致.综合热应激指数模型预测与试验结果对比偏差均小于20%,预测模型合理可靠,能满足使用要求.      

空间光学遥感器真空热试验工装模块化设计

针对空间光学遥感器在空间环境地面模拟试验中舱板温度分布不均的问题,运用模块化思想对某型号空间光学遥感器工装的舱板结构开展了优化设计。将舱板按照温度分布进行分块,提出模块化拼装和模块化热控2种设计方案,模块化拼装是对舱板及其表面加热片进行独立分块划分,模块化热控则是将舱板视为整体,仅对其表面的加热片进行分块设计。结果表明:模块化热控的舱板平均温度偏差为0.205 K,低于未模块化设计的0.87 K和模块化拼装的0.30 K,提高了舱板的温度均匀性。同时,模块化拼装改善了舱板温度分布,使得符合热控要求的测点比例由34.8%提高到96.7%,但独立划分的模块之间仍存在一定温差;模块化热控则消除了模块间的温差,将符合热控要求的测点比例进一步提高到100%,完全满足热控要求。      

民机客舱中太阳辐射对热舒适性的影响

乘客出行过程中对于热舒适度要求不断提高,对民机客舱的整体热舒适性提出了更加严格的要求。通过对南北飞行的航班实际测量发现,由于受到太阳辐射的影响,客舱内部向阳和背阴两侧温度分布极不均匀,特别是窗户周围,平均温差达到20℃,客舱向阳和背阴两侧的热舒适性相差较大;结合CFD动态仿真,基于实际客舱各区实时测量数据,建立等比例客舱仿真模型,以实际测量的温度和压力数据作为仿真边界条件,再现民机客舱内部温度和热舒适度PMV的分布情况,为定量分析南北飞行航班客舱的热舒适性提供理论依据。      

基于飞机客舱空气品质的桥载空调送风优化

针对目前桥载空调恒定送风所造成的客舱内舒适性差及节能效果不理想问题,以波音737客舱为研究对象,采用CFD方法建立客舱仿真模型,并通过实验验证了所建立的CFD客舱仿真模型的合理性。在此模型基础上,研究桥载空调不同送风速度对客舱内温度场、风速场及NOx浓度场的影响,并分别拟合出客舱空气分布特性指标(ADPI)、排污效率与桥载空调送风速度的函数关系,再根据ADPI、排污效率构建评价函数,得到桥载空调的优化送风速度,该送风速度能够为桥载空调机组的节能控制提供依据。     

中值随机载荷谱数据处理专家系统

解决飞机结构定寿、延寿的先决条件是,编制出能模拟飞机真实情况具有代表性的典型载荷-时间历程,即载荷谱,以此作为理论分析和全尺寸结构疲劳试验的基础.对此,在探讨中值随机载荷谱数据处理与编制过程的基础上,建立了中值随机载荷谱数据处理专家系统.内容包括系统结构设计、数据描述与参数设置、实现过程和数据库设计等.本项研究成果已用于飞机、航空发动机、飞机起落架和主战坦克等载荷谱的实测数据处理与编制之中.     

机载天线电磁兼容性分析

假定飞机腹部加装了某一形状的炮舱和矩形喇叭天线,用时域有限差分法(FDTD)分析了这样的外形对天线辐射特性的影响.通过对机身和天线之间不同相对位置下天线辐射特性的分析,得出了机载天线方向图的一些规律.