先进战斗机综合机电系统试验技术研究

从综合机电系统试验需求和技术发展方向角度出发,提出了完善战斗机机电系统研制试验辅流程的思路,阐述了综合机电系统半物理试验、机电综合控制试验及综合热管理试验等方面的必要性,研究了综合机电系统半物理试验及综合物理试验的方法,形成了先进战斗机综合机电系统试验初步规划方案。     

5 代机第2动力系统的发展趋势分析

针对5代机的性能特征,分析了其对第2动力系统的能力需求。通过深入研究第2动力系统发展历程,以及对美国F-22和F-35等先进战斗机典型第2动力系统功能综合集成和能量综合利用等发展规律并进行总结,分析预测未来5代机第2动力系统将沿着以"动力热管理系统"和"涡电综合能源系统"为代表的2个方向发展,并对未来中国第2动力系统提出了发展思路和措施建议,规划了其发展路线图。     

未来战斗机对结构创新设计/制造一体化技术的发展需求

介绍了战斗机的发展历程及机体结构技术的演变特征,论述了未来战斗机机体结构设计制造一体化技术发展方向,结合目前增材制造等先进制造技术研究现状,提出大型整体化、构型拓扑化、梯度复合化、功能结构一体化等创新结构先进制造技术发展需求,以期突破设计极限限制,实现战斗机机体的更新换代,摆脱传统"经典"结构束缚,大幅度提升未来战斗机高性能多功能的机体平台品质。     

下一代战斗机综合环境控制/热管理系统开发现状

主要介绍了下一代战斗机在热能管理方式上的一个突破——综合环境控制／热管理系统的开发现状，下一代战斗机在设计上更注重从全机水平上考虑系统功能和效率。在这一背景下，环境控制系统的多种制冷方式联合作用，形成综合环境控制系统。更进一步，环境控制系统与热管理系统组合，形成综合环境控制／热管理系统。系统在全机范围内对热能进行管理和控制。系统考虑整个飞行包线内的设计需求，综合利用多种制冷形式和两种热沉——冲压空气和燃油，使系统在整个飞行包线内具有良好的性能，满足飞机总体需要。     

面向能热需求的飞机机电系统架构设计研究

飞机综合能力提升使机电系统产生了能量需求激增、热负载加剧等难题。文中为解决飞机机电系统所面临的能量供给和散热问题,重点从能量管理、热管理2个方面开展机电系统顶层架构设计研究,以飞机全任务剖面的能力特征及需求作为牵引,突破传统架构设计方法,采用能量优化的设计理念实现对机电系统的综合管理与优化,最终形成以能热为技术核心的飞机机电系统架构设计方法。仿真结果表明,该方法可实现基于飞行任务及飞行状态需求的能量和热沉供给、传输和使用的动态管理和优化控制。     

战斗机综合航空电子系统现状与发展探索

首先归纳了第三代战斗机与第四代战斗机的综合航空电子系统的系统结构和特点。结合国外的发展现状以及国内的实际情况。其次,从实现资源与技术共享、强强联合与突破技术难关、分步发展与分步实施等三个方面提出了我国战斗机航空电子系统的发展构想。     

中国航天器新型热控系统构建进展评述

热控是由工程热物理与航天技术相互促进发展而形成的一门交叉学科，直接影响着航天器的总体设计水平。随着中国航天事业的飞速发展，对热控设计提出了越来越高的要求，并已成为制约中国航天器设计水平的关键瓶颈技术之一。本文综合评述了中国航天器新型热控系统构建的最新研究成果和进展，具体包括：针对载人航天、探月工程等不同任务需求，构建出了相应的新型热控系统，开发出了以泵驱单相流体回路、重力驱动两相流体回路、环路热管与水升华器等为代表的一批新型热控产品。在此基础上，结合中国航天工程实际需求，指出了今后的主要研究方向。     

需求牵引发展——管窥新一代高教机的发展理念

先进战斗机对飞行员的培养提出了挑战,也改变了高教机的设计理念。国际上以雅克-130．M-346和T-50等为代表的新一代高级教练机,融合了先进战斗机的理念和技术,采用了综合训练系统．嵌入式训练系统等新的训练手段,可以低成本模拟先进战斗机的高机动性。     

战斗机推力矢量关键技术及应用展望

战斗机推力矢量技术可极大地扩展战斗机使用包线,提升飞行安全性,增强飞机作战能力,是航空领域的重要关键技术,是先进战斗机的典型标志之一。该技术涉及气动、进排气、发动机和飞行控制等多个领域,其综合实现是一项跨领域、紧耦合、高风险的系统工程。本文回顾了战斗机推力矢量技术的发展历程,分析了关键技术体系,结合中国首架轴对称推力矢量验证机的工程实践,阐述了大迎角内外流气动设计、推力矢量发动机、综合飞/发控制和战斗机过失速机动飞行验证等关键技术,展望了推力矢量技术对作战效能的贡献及未来的应用方向。     

美军四代机第二动力系统技术分析与发展趋势

介绍了飞机第二动力系统的组成、工作原理。梳理了第二动力系统中APU和EPU由原来的分开布置、各司其职的构型和使用模式,发展到F-22战斗机第二动力系统物理组合、分时工作,以及F-35战斗机第二动力系统功能综合、持续运行的动力与热管理构型和使用模式的技术特点。总结提炼出第二动力系统在飞机需求的牵引和先进技术的支撑下,围绕关键动力设备,不断兼容其他功能,充分提高系统的综合程度和利用率的发展趋势。     

先进战斗机超声速巡航过程中的燃油温度变化特性分析

战斗机广泛地使用燃油作为飞机发热部件的热沉,先进战斗机在综合热管理技术的发展基础上,更加充分有效地利用燃油来冷却.用热量平衡方法建立了燃油传热关系数学模型,分析了超声速巡航状态下油箱中的燃油温度随时间的变化.结果表明:战斗机在超声速飞行状况下,影响燃油温度的最主要因素是飞行马赫数和燃油的回流量.应用C软件通过计算仿真来求解油箱内燃油温度.      

先进战斗机超音速巡航油箱燃油温度变化仿真研究

战斗机广泛地使用燃油作为飞机发热部件的热沉,尤其是先进战斗机在综合热管理技术的发展基础上,更加充分有效地使用了燃油来冷却。用热量平衡方法分析了在任意时段油箱中的燃油的温度。结果表明在中低马赫数飞行状况下,影响燃油温度的最主要因素是燃油油箱中燃油的剩余量。本文应用C软件计算油箱内燃油温度。     

基于TLBM-FVM耦合的飞行器舱内热环境跨尺度预测方法

舱内热环境的有效预测是优化飞行器热控与防热设计、减小系统冗余并保障飞行器热安全的重要基础。在国家数值风洞（NNW）工程支持下,针对目前舱内热环境多尺度、多机制复合传热特点及其数值预测面临的精度与效率提升难题,发展了多区域协同推进的时空耦合模型及流/固界面的自适应分辨率识别算法,建立了基于热格子Boltzmann方法（TLBM）与有限体积法（FVM）相互耦合的舱内复合传热跨尺度预测方法,开展了典型飞行器仪器舱的综合热分析,验证了耦合方法的计算精度及效率。研究表明,相关方法可实现舱内热环境的局部精细化与整体大规模的协同模拟,用于开展整体自然对流与设备局部热量传递的多尺度数值模拟,掌握不同环境参数对舱内热质传递过程的影响规律,从而为飞行器热防护/热管理一体化设计提供重要技术支撑。     

机载综合热管理系统控制特性分析

以简化的机载综合热管理系统作为研究对象,对系统在不同控制模式下的变化特性进行分析,为系统控制方案的研究提供了理论依据.利用数学模型和计算机模型相结合的方法建立起一种以燃油为主要热沉,具有空气/燃油换热器、燃油/PAO(聚α烯烃)换热器等主要元器件的机载综合热管理系统整体模型,并提出一种模糊自整定的PID(比例-积分-微...     

疏导式热防护结构传热极限特性

疏导式热防护结构通过高温热管将前缘驻点等高热流部位的热量快速疏导至大面积区域,可有效降低防热压力,实现新型飞行器前缘非烧蚀防热。然而,疏导结构内部液体工质回流受到飞行器加速过载的显著影响。通过理论评估与地面试验获得了典型过载条件下尖前缘热疏导结构的抗过载性能。结果表明,维持加热条件不变,当过载环境大于4g后,热疏导性能受到明显影响,但过载减小后疏导性能得以快速恢复。研究结论对于一体化疏导结构的设计具有重要的指导意义。     

Recent active thermal management technologies for the development of energy-optimized aerospace vehicles in China

Recently, the development of modern vehicles has brought about aggressive integration and miniaturization of on-board electrical and electronic devices. It will lead to exponential growth in both the overall waste heat and heat flux to be dissipated to maintain the devices within a safe temperature range. However, both the total heat sinks aboard and the cooling capacity of currently utilized thermal control strategy are severely limited, which threatens the lifetime of the on-board equipment and even the entire flight system and shrink the vehicle’s flight time and range. Facing these thermal challenges, the USA proposed the program of “INVENT” to maximize utilities of the available heat sinks and enhance the cooling ability of thermal control strategies. Following the efforts done by the USA researchers, scientists in China fought their ways to develop thermal management technologies for Chinese advanced energy-optimized airplanes and spacecraft. This paper elaborates the available on-board heat sinks and aerospace thermal management systems using both active and passive technologies not confined to the technology in China. Subsequently, active thermal management technologies in China including fuel thermal management system, environment control system, non-fuel liquid cooling strategy are reviewed. At last, space thermal control technologies used in Chinese Space Station and Chang’e-3 and to be used in Chang’e-5 are introduced. Key issues to be solved are also identified, which could facilitate the development of aerospace thermal control techniques across the world.     

定向高导热碳材料及其热管理结构设计

针对高超声速飞行器的特点，分析了热防护系统中应用高导热材料实现热管理的必要性。通过对碳材料石墨片层结构的热传导机理及其各向异性特征进行分析和讨论，提出了利用高导热碳材料进行疏导式热管理的思路，并根据碳材料的结构特点设计了几种可能的热管理结构模型。     

直升机热管理与红外辐射特性耦合分析方法

未来高性能直升机面临提高能量利用率和抑制红外辐射特性的重大挑战,迫切需要协同解决这两个问题,需要从整机层面探究热管理和红外辐射特性耦合机制,建立耦合分析方法。直升机红外辐射特性不仅受到旋翼下洗流场、前飞流场和环境等外部因素的影响,还受到各子系统部件的工作状态、机身表面的散热口布置和红外抑制器的设计等热管理优化方法的影响。因此,直升机热管理问题和红外抑制问题是强相互耦合,必须统筹考虑。从直升机整机系统的结构特点、系统工作原理和能量平衡关系出发,基于热/质流产生、收集传输、储存利用和传热关系,分析直升机整机系统框架和传热平衡关系,建立以系统部件为内部边界条件、外环境为外部边界条件的整机耦合传热模型;通过对内外部热量的统筹调控与管理,提出热管理优化方法,实现既保障各系统安全高效工作、又提高整机能量利用率,优化红外辐射性能的目的。该模型和方法能为直升机综合热管理的方案设计和红外抑制方法提供支撑。     

高超声速飞机热管理系统控制模型构建与仿真

以高超声速飞机为研究对象,提出了一种基于单相流体回路的热管理系统(TMS)模型,通过热控制策略与热沉调度模型实现热沉制冷能力最大化目标,解决新型高速飞机日益彰显的冷源不足问题。热控制策略利用系统辨识与热载荷预测算法,提出基于能量平衡与温度反馈配合的热控制模型,解决热惯性带来的控制延迟问题。基于热沉冷却能力评估与热载荷匹配提出热沉调度模型,旨在合理利用各种冷源,解决飞行后期冷源不足的问题。研究通过MATLAB/Simulink仿真验证模型及算法,结果表明:所设计的TMS能够满足高超声速飞机长时间飞行需求;考虑能量平衡的控制模型在超调量及衰减比方面均优于温度反馈控制模型;基于热沉调度策略能够降低冷源消耗速率,更充分地利用各种机载热沉。      

高超声速飞行器表面测热技术综述

高超声速飞行中飞行器表面气动加热量是飞行器热防护系统最为关键的设计输入,在理论计算与地面模拟的有限近似条件下,通过飞行试验实时获取真实环境下飞行器表面的气动加热量,并在此基础上完成对计算模型与地面试验的验证与改进具有重要意义。详细列举了20世纪50年代以来,国外具有代表性的飞行试验与测热方案。以“内置式”与“嵌入式”作为测热技术的分类特征,介绍了各类测试设备及相应的飞行试验结果。着重分析了“热匹配性”与“结构匹配性”作为关键因素对飞行测热技术的影响,通过飞行试验实例介绍了该问题的解决方法及工程经验。归纳了飞行测热技术发展的共性、特点与未来趋势,并结合当前我国发展现状,对该领域未来研究提出建议。