低密度硅基材料烧蚀机理分析与工程计算

从低密度硅基材料烧蚀机理分析这一角度出发,阐述载人飞船返回舱大面积防热结构的设计思想,并给出了经过地面试验检验的计算结果。论述的主要内容:(1)分析了神州一号返回条件下,材料的烧蚀机理;(2)优化出影响材料的烧蚀性能的主要参数;(3)指导了烧蚀材料的研制,对烧蚀材料有明确的性能要求;(4)确定了防热结构在载人飞船返回条件下,大面积防热结构的厚度。此分析用于载人飞船飞船的研制,并为飞行试验所验证。     

载人飞船舷窗防热与密封结构的设计与试验

讨论了研制中国载人飞船舷窗防热和密封结构的几个技术难题:1)保证舷窗在返回的高温环境中防热与密封可靠;2)保证窗玻璃材料与周围防热材料烧蚀同步,避免出现局部干扰热流;3)进行多种异质材料,包括透明材料组成的复杂结构温度场的分析计算;4)通过地面模拟试验准确地预测实际飞行条件下舷窗的防热与密封性能。文章阐述了解决这些难点的主要方法和结果。神舟一号至神舟六号的飞行成功表明,舷窗结构的防热和密封性能良好,同时,也给舷窗防热与密封设计技术做了多次飞行验证。     

神舟飞船防热结构的研制

从结构方案、材料选择、地面试验等方面对神舟飞船防热结构的研制和某些特点进行了阐述。介绍了防热结构的飞行结果，特别是舷窗、舱盖、天线、姿控发动机等部位的烧蚀情况，证实了飞船的局部防热是十分成功的。     

再入航天器陶瓷拐角环防热计算与结构适用性分析

文章基于近地轨道及探月返回再入热环境,应用超高温陶瓷到再入航天器的典型防热结构,计算分析了再入过程中的防热结构温度场。利用温度场计算结果,再结合超高温陶瓷抗烧蚀性能以及结构设计与工艺性分析,就超高温陶瓷作为再入航天器防热结构的适用性进行了深入探讨。结果表明,由于超高温陶瓷的优良耐高温及耐烧蚀性能,在近地轨道及探月返回再入航天器防热结构上具有良好的应用前景。     

飞船舱间连接部件的烧蚀分析与试验

突起在神舟飞船防热层表面的舱间连接部件要求在再入时尽早烧去,同时又要求具有足够的厚度,这在设计上造成较大困难,为此研制了一套地面试验和分析计算相互配合、反复迭代的设计方法,从而确定了该连接部件的材料与尺寸,并准确地预示了实际飞行的烧蚀现象。神舟飞船的历次飞行结果表明,该部件的性能与设计要求完全相符,从而为所用方法做了飞行验证。     

航天飞行器防热部件烧蚀行为的数值模拟

对航天飞行器防热部件在氧－煤油发动机火焰喷吹下的烧蚀行为进行了有限元数值模拟。利用“杀死”单元的方法建立防热部件瞬态温度场的有限元模型，实现了烧蚀边界的退缩，从而完成了对烧蚀尺寸变化的定量描述。烧蚀开始于4．59s，到12s时线烧蚀量为1．47mm。计算结果与试验的实测结果一致。     

为返回舱“科学减肥”8.7公斤——中国运载火箭技术研究院703所承担返回舱防热材料及结构研制任务纪实

中国航天科技集团公司中国运载火箭技术研究院703所承担着神舟一号飞船到神舟九号飞船返回舱防热材料及结构的研制生产任务。神舟九号和天宫一号的成功交会对接是首次载人交会对接,意义更为重大。神舟九号需要增加微波雷达、激光雷达、CCD传感器等交会测量设备以及对接机构、燃料等,为此在火箭运载能力固定的前提下,只能通过飞船减重来满足要求。该所通过科学设计,在神七的基础上为神九返回舱成功"减肥"8.7公斤,充分满足了设计要求。     

多用途飞船返回舱虚拟振动试验研究

利用虚拟振动试验软件系统、多用途飞船返回舱的有限元模型和"神舟一号"返回舱的历史试验数据,对多用途飞船返回舱进行虚拟正弦和随机振动试验,考核了返回舱经受动力学环境的能力,研究发现设计方案在一阶共振区响应过大,存在较大的设计缺陷,经过多次迭代优化设计后的模型满足设计要求。研究结果为多用途飞船返回舱的设计和优化提供了依据。     

浅评美国烧蚀测量技术

烧蚀是导弹与宇航工程界引人注目并得到重视的科目,是发展新型再入飞行器所需要解决的主要技术关键。烧蚀测量是导弹或其它再入飞行器在飞行试验时防热材料烧蚀量的测量技术,是研究烧蚀理论、烧蚀材料以及防热设计过程中的一个重要实验手段。     

一种姿控动力装置热防护研究

酚醛树脂作为一种烧蚀材料,凭借其耐高温的特性应用于航天器防热系统,其防热性能在工程实际中需进行考核。以某航天器一段包覆80纤维布/酚醛树脂的液路管路作为研究对象,以定热流为边界条件,采用仿真计算和热流试验的研究方法对空导管以及注水导管的温度场进行研究:仿真计算得出导管表面平衡温度分布以及导管表面具有代表性某点瞬态温度变化;为验证仿真计算的准确性,进行了热流试验,得出了导管表面以及水中温度测点的瞬态温度变化;根据热流试验的温度结果,分析比对了热流试验对仿真计算的验证情况。研究结果表明:80纤维布/酚醛树脂的防热性能符合温度指标要求;仿真结果和热流试验结果一致度良好,证明了仿真计算的合理性和准确性。     

神舟飞船返回舱气动设计综述

介绍了神舟飞船气动设计的使用情况和进行气动设计的前提条件，从系统工程的角度论述了载人飞船气动设计的目标、方法和工作模式、设计阶段划分、主要设计内容和关键技术，最后对神舟飞船返回舱的气动特性和飞行试验结果进行简单介绍。     

复合喷管结构温度场流固耦合仿真分析

为了评估复合喷管热防护性能以及获取喷管烧蚀和结构应力分析的工况条件,运用Fluent流体动力学软件,对复合喷管的结构温度场进行了数值仿真。分析中,采用了两方程RNG k?ω湍流模型和增强型壁面函数,利用流固耦合的计算方法,获得了喷管结构瞬态温度场的计算结果,重点分析了结构温度场最终分布状态和初期传播特点,以及喉衬温度随时间的变化规律,估算了喉衬的烧蚀。分析结果表明,喷管结构热防护性能满足要求,温度最高区域位于喷管收敛段中后部,喉衬线烧蚀量约为2．1 mm,为喷管结构进一步优化设计提供了重要参考依据。     

炭纤维／环氧树脂复合材料层板连续激光烧蚀数值计算

应用工程软件ANSYS的参数化设计语言(APDL)编制程序,建立了复合材料瞬态温度场和烧蚀的物理数学模型,利用"杀死"单元的方法实现动边界退移的烧蚀与热传导耦合计算,从而完成了对烧蚀尺寸变化的定量描述;采用AN-SYS中处理相变的方法,通过定义材料随温度变化的焓来考虑潜热。考虑了纤维的烧蚀、树脂分解以及辐射和对流热损失,对炭纤维/环氧叠层复合材料在不同辐射时间下激光烧蚀的温度场和烧蚀率进行数值计算,并分析了烧蚀特性和烧蚀机理,计算结果与实验结果吻合较好,可为复合材料热载荷下的失效分析和抗激光加固技术设计提供理论基础。     

防热大底外形对火星探测器气动特性的影响分析

采用基于等效比热比的数值模拟方法,研究球锥和球头两种类型的火星进入探测器防热大底形状。对于每种外形分析关键几何参数对探测器基本气动性能的影响,并比较两类防热大底形状气动特性的差异。与球头形状的防热大底布局相比,球锥形状的防热大底布局一般阻力更大,对流加热量也更大,气动稳定性裕度更小。研究结果表明,从气动性能的角度来讲,70°半锥角的球锥防热大底布局对于火星进入探测器的设计而言并非最优的选择,适当设计的球头防热大底布局能够具有更好的性能。     

中国新一代载人飞船返回舱热控设计优化研究

文章针对新一代载人飞船返回舱再入过程气动热环境和返回舱传热特性,建立了气动热环境下返回舱动态耦合传热集总参数模型,能够描述返回舱防热层内侧蜂窝板、舱体、设备和舱内空气间的导热、对流及辐射动态耦合换热过程。文章应用该模型对典型新一代载人飞船返回舱气动热环境下的传热特性进行了分析,提出了防热烧蚀层内侧铝蜂窝板表面包覆多层隔热材料、增强舱外设备与返回舱壁热耦合、降低设备表面红外发射率等返回舱热控优化设计措施。热控优化措施应用于中国新一代载人飞船试验船,并通过首次在轨飞行验证,在近第二宇宙速度返回气动热环境下,返回舱结构、空气、设备等各项温度指标均满足指标要求,验证了返回舱热控设计的合理性。研究结果可为返回式航天器热控系统设计提供参考。     

神舟载人飞船推进分系统的研制

介绍了神舟飞船推进分系统三个子系统的任务要求和系统的优化设计，采取的可靠性与安全性措施，主要组件的技术攻关以及地面试验情况等。飞行试验结果表明，研制的推进分系统完全能够满足神舟载人飞船的需要。     

一种返回器烧蚀温度在轨测量方法

返回器再入过程中的烧蚀温度,是防热结构设计和验证的重要参数之一。针对在轨应用的需求,文章设计了一种使用铠装热电偶进行返回器烧蚀温度在轨测量的方法,通过将铠装热电偶埋入安装并进行冷端补偿和误差校准设计,可以准确测量烧蚀温度的变化过程。通过我国探月三期工程再入返回飞行试验器在轨测试,证明了该方法的有效性。     

“七嘴八舌”话飞船

公众对“神舟”飞船的了解程度到底有多少?他们眼中的飞船是怎样的?本刊通过网络和随机采访,听普通百姓说说他们认识的“神舟”飞船。七问“神舟”一、从一号到六号,“神舟”飞船有哪些技术状况上的变化?——网友:雪文从“神舟”一号到“神舟”六号,飞船的总体设计方案一直没变,大的结构、系统组成和各系统分工都没有本质变化。只是要求更严,可靠性更高,有一些细节上的技术状况变化。“神舟”一号是我国发射的第一艘试验型飞船,主要目的在于验证返回技术。“神舟”二号是我国第一艘正样飞船,也可以说是载人飞船的“最完整版本”,各种技术状态与真正载人时基本一样。“神舟”三号飞船增加了部分载人所需设备和保证航     

神舟飞船结构与机构分系统研制及飞行结果评价

介绍了神舟飞船结构与机构分系统的任务与功能，分析总结了结构与机构分系统的研制过程、突破的关键技术和技术创新点，介绍了飞行试验的验证情况并对此进行了综合评价。     

固冲发动机补燃室温度场及热应力分析

针对选用炭化复合材料在双下侧进气口构型条件下补燃室绝热结构开展了单向流固耦合数值计算,分析了补燃室内不均匀温度场以及不同隔热材料的热应力。补燃室内温度场不均匀分布对绝热层烧蚀的影响较为显著,温度相对较高的位置绝热层烧蚀也较为严重;随着隔热材料的热膨胀系数的增加,绝热结构内表面的热应力明显增大,绝热结构更易出现局部裂纹和脱落;将数值计算结果与试验结果进行了对比分析,具有较好的一致性。结果表明,补燃室进气口下游的壁温最高,进气口下游后段的绝热层烧蚀最为严重;采用GXJ隔热层的绝热结构相比三元乙丙隔热层,绝热结构的热应力增加约59%,绝热结构的整体结构稳定性显著降低。