M55J碳纤维/氰酸酯复合材料X、Y方向低温热导率的测试研究

碳纤维/氰酸酯复合材料是目前广泛在航天器应用的新型材料.该材料在X、Y方向的低温热导率是设计、使用的重要参考依据.目前一些测量方法不能表征材料传热特性,本文提出采用传统的一维稳态热流法.以M55J碳纤维/氰酸酯复合材料为例,对X、Y方向的低温热导率进行了测试、分析.在试验分析的基础上,采用单层板热导率测量数据,用分析模型计算了M55J碳纤维/氰酸酯复合材料的低温热导率并与测量数据进行了比对,两者最大偏差在18%之内,说明与从计算单层板的热导率开始的方法相比较,采用这种计算方法较简单准确.文章分析表明,碳纤维/氰酸酯复合材料的低温热导率可以通过铺层设计改变,以减少材料设计的盲目性,满足航天器的特殊需求.     

使用T3Ster对宇航电子元器件内部热特性的测量

文章介绍了使用MicReD公司的热测试仪33Ster测量元器件内部热特性的方法。T3Ster测试仪可以测试各类IC、LED、散热器、热管等电子器件的热特性以及PCB、导热材料等的热阻、热客及导热系数、接触热阻等热特性。使用33Ster测试仪对某航天器用电子元器件内部热特性进行了测量,并与器件资料中的热特性数据进行比对,二者相对误差为0．07％,验证了q3Ster测试仪具有测试高可靠度要求的宇航级电子元器件热特性的能力。为宇航电子元器件的热设计与热分析提供重要的试验依据。     

碳纤维导热性的测试研究

介绍用激光脉冲法测量碳纤维轴向热导率的方法原理和测试结果。对碳纤维导热性与纤维微观结构的关系进行了讨论,提出了碳纤维轴向导热有定向效应的见解。讨论了碳纤维的导热性与碳纤维增强复合材料导热性之间的关系和碳纤维增强复合材料导热各向异性问题。     

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。     

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。     

四氧化二氮低温非稳态导热模型研究

四氧化二氮在低温条件下容易凝结为固体而对航天发射产生难以预见的影响,本文依据非稳态传热理论对低温环境中不同管径圆柱管道内的四氧化二氮导热情况进行了研究,建立了圆柱管道四氧化二氮低温非稳态导热模型,经验证与实际情况拟合较好。     

短型热电偶导热误差影响因素数值仿真分析

在航空航天发动机技术的研究过程中,通常需要准确测量高温、高速环境下的气流温度以衡量发动机的性能,由于传感器强度等因素的限制,温度传感器插入高温气流深度较小,造成很大的导热误差,影响发动机工作特性的评判。对此专门开展了短型热电偶温度传感器导热误差的研究,建立相应的短型热电偶导热误差仿真模型,并进一步验证了仿真模型的准确性。在此基础上通过仿真手段研究不同热电偶插入深度、不同来流马赫数、不同来流总温和不同基底温度对导热误差修正系数的影响规律,并建立了热电偶导热误差修正系数的响应面模型。仿真研究结果可以为短型热电偶导热误差的抑制提供思路并为热电偶使用过程中测量数据的修正提供支持。     

捷联导引头制导系统导引律及自适应滤波方案设计

本文推导了捷联导引头制导系统五维动态方程和二维测量方程。在设计导引律时，采用了“瞬态导引法”。同时，提出了有限记忆自适应卡尔曼滤波的算法，并将该算法用于制导系统的滤波方案设计。通过蒙特卡罗实验，验证了本文所提出的制导方案是可行的     

复合材料的二维轴对称瞬态导热分析

复合材料的瞬态导热问题在卫星、航天器和微电子等工程领域普遍存在,在热控制、热设计中起着非常重要的作用。本文从一般理论问题出发,采用汉克尔积分变换、分离变量法及矩阵运算方法,对复合材料的二维轴对称瞬态导热问题进行理论求解,并导出它们的通解。     

捷联导引头制导系统民引律及自适应滤波方案设计

本文推导出捷联导引头制导系统五维动态方程和二维测量方程。在设计导引律时，采用了“瞬态导引法”。同时，提出了有限萍记忆自适应卡尔曼滤波的算法，并将该算法用于制导系统的滤波方案设计，通过蒙特卡罗实验，验证了本文所提出的制导方案是可行的。     

Thermal conductivity studies of a polyurea cross-linked silica aerogel-RTV 655 compound for cryogenic propellant tank applications in space

Silica-based aerogel is an ideal thermal insulator with a makeup of up to 99% air associated with the highly porous nature of this material. Polyurea cross-linked silica aerogel (PCSA) has superior mechanical properties compared to the native aerogels yet retains the highly porous open pore network and functions as an ideal thermal insulator with added load-bearing capability necessary for some applications. Room temperature vulcanizing rubber-RTV 655—is a space qualified elastomeric thermal insulator and encapsulant with high radiation and temperature tolerance as well as chemical resistance. Storage and transport of cryogenic propellant liquids is an integral part of the success of future space exploratory missions and is an area under constant development. Limitations and shortcomings of current cryogenic tank materials and insulation techniques such as non-uniform insulation layers, self-pressurization, weight and durability issues of the materials used, has motivated the quest for alternative materials. Both RTV 655 and PCSA are promising space qualified materials with unique and tunable microscopic and macroscopic properties making them attractive candidates for this study. In this work, the effect of PCSA geometry and volume concentration on the thermal behavior of RTV 655—PCSA compound material has been investigated at room temperature and at a cryogenic temperature. Macroscopic and microscopic PCSA material was encapsulated at increasing concentrations in an RTV 655 elastomeric matrix. The effect of pulverization on the nanopores of PCSA as a method for creating large quantities of homogeneous PCSA microparticles has also been investigated and is reported. The PCSA volume concentrations ranged between 22% and 75% for both geometries. Thermal conductivity measurements were performed based on the steady state transient plane source method.     

一种航天器热平衡试验温度稳定判据确定方法

针对典型航天器热控设计与传热过程特点,建立了设备与舱体动态耦合换热集总参数模型。提出了一种基于热时间常数的航天器热平衡试验温度稳定判据确定方法,给出了双节点耦合换热型航天器系统的热时间常数定义,建立了热平衡温差与温度变化率的对应关系。提出了基于Levenberg-Marquardt最小二乘法温度曲线拟合的热时间常数实时修正方法,该实时修正方法可用于多节点耦合换热航天器热平衡温度稳定判据确定。讨论了目前广泛采用的航天器热平衡试验温度稳定判据的适用性,研究结果可用于指导航天器热平衡试验中温度稳定判据确定。     

航天器热平衡温度预测的粒子群算法

为解决航天器热平衡试验温度外推预测方法中存在的问题,提出了热平衡温度预测的粒子群优化算法。根据热平衡温度模型,建立待优化的目标函数以及热平衡温度粒子群算法的计算流程。依据某型号卫星热平衡试验的前期温度数据,对热平衡极限温度以及瞬时温度进行预测,并与实测数据进行了比对。计算结果与实测数据相比具有较好的一致性,所提出的方法可有效地应用于航天器热平衡试验温度预测。     

热防护系统分区协调耦合推进方法

提出一种适用于热防护系统(TPS)热控性能研究的分区协调耦合推进方法，其中采用有限体积法(FVM)进行气动热分析，FVM空间离散采用NND格式，而结构传热采用有限元法(FEM)进行分析，且在耦合面采用基于控制面的双向映射插值方法进行数据传递。进行了圆管算例分析，2 s时刻驻点处温度计算值与试验值相对误差为4.95%。研究了空天飞行器头锥TPS的热控性能，非耦合方法获得的防热瓦和应变隔离垫(SIP)最高温度分别比耦合结果高114.4 K和32.6 K，这是由于非耦合方法未考虑壁面温度升高对气动热的反馈作用，而耦合方法充分考虑了此影响。采用高热辐射率的涂层、低导热系数和较厚的防热瓦能有效提高热防护系统的隔热性能和降低主动冷却系统的功率和重量，而防热瓦最高温度对其导热系数和厚度不敏感。     

空间天文望远镜主动制冷焦面结构设计、分析与热实验

对某天文卫星的可见光望远镜载荷CCD焦面工作温度需求进行了分析计算。为满足CCD焦面 -65℃ 的工作温度需求,设计了主动制冷焦面结构。采用有限元方法分析了工作温度下热电制冷器和导热胶产生的热应力,结果表明热电制冷器最大应力为14Mpa,导热胶最大剪切应力为1.2Mpa,均处于许用安全应力内。研制的焦面组件模拟件顺利通过了真空热试验,验证了焦面组件的制冷性能与安全性。     

Zernike多项式拟合用于低温光学镜头热集成分析

文章介绍了Zernike多项式的特点以及多项式拟合在低温光学中的应用,通过对某低温光学镜头的热集成分析,阐述了Zernike多项式拟合在热集成分析中的重要性以及热变形对低温光学系统的影响。     

星载行波管电源的热设计及热分析

文章对一种国产的、用于星上行波管电源所存在的热问题进行了讨论,分析了影响设备内部温度水平的关键因素,基于机、电、热一体化的思想提出了热设计方案,并通过计算机辅助技术,对方案进行了热分析仿真验证。     

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。     

低温推进剂热分层研究

通过详细分析热分层产生的机理,阐述了低温流体热分层所引起的流体温度分布、气液界面现象以及箱体压力增加过程。对有关流体热分层的试验研究以及数值模拟的文献进行了整理;对不同低温流体工质、箱体初始设置参数及尺寸参数、箱体形状、壁面曲率大小、壁面是否加肋片以及箱体晃动旋转等对热分层的影响进行了分类总结;对不同热分层数学物理模型进行了系统对比。介绍了不同重力水平下,流体流动状态与热分层的关系。归纳了有关热分层现象的一些重要结论,阐明了我国在该领域开展研究的必要性。最后指出低温流体热分层对推进剂箱体优化设计及安全运行的重要意义。     

空间太阳望远镜的热设计和热光学分析

将卫星热控制技术与光学波像差理论相结合,以空间太阳望远镜（SST）为例,对空间光学系统的热设计和热光学分析进行了研究,以光学指标作为热设计的最终评价标准,为高分辨率空间光学系统的热设计找到了一套行之有效的方法。