预冷发动机氢氦PCHE通道换热与热应力数值分析

基于高超声速预冷发动机闭式氦布雷顿循环中印刷电路板换热器(PCHE)的应用,对PCHE氢氦通道的热固耦合特性进行了数值研究,着重阐述了热侧氦参数对换热的影响机制。探究了热侧壁温和换热系数的变化特征及其对冷侧换热的影响。考察了通道截面温度和湍动能的分布情况。通过熵产和综合换热系数评价了PCHE通道的性能,进行了通道热应力分析,建立了热侧和冷侧换热关联式(误差在±15以内)。结果表明:热侧压力对换热仅有微弱影响;热侧流量提高对热侧和冷侧换热均有增强作用。热侧进口温度下降导致热侧和冷侧换热减弱;热侧进口温度提高造成通道熵产显著增加,热侧流量增加造成通道熵产显著减小;高热应力出现在冷热流道之间和壁面两侧,局部最大热应力达到25 MPa。     

印刷电路板式氦加热器热力设计方法与性能

印刷电路板换热器作为一种新型的微通道换热器,具有紧凑高效、耐温耐压、可模块化等优势,在火箭发动机中具有很好的应用前景,但目前将印刷电路板换热器应用于火箭发动机的研究很少。对火箭发动机氦加热器提出了印刷电路板换热器的设计思路,开发了热力设计程序,并对其进行了数值模拟。结果表明：印刷电路板式氦加热器芯体具有较小的体积和质量,冷热侧温降的模拟值与计算值最大相对误差为1.33%,冷热侧压降的模拟值与计算值之间的最大相对误差为18.51%,证明了所开发的分段热力设计方法用于印刷电路板式氦加热器具有较高的准确性。氦加热器的冷端换热能力最强,热侧流体流动更加剧烈,换热能力更强,但同时也有更大的压降。     

组合发动机微细通道氦加热器设计与流动换热

氦加热器是预冷组合发动机中重要的换热器之一,其原理是利用燃气燃烧的热量提高氦气做功能力,进而提升整个循环系统运行效率。研究中首先设计了蛇形管式、瓦片式、辐射式三种微细通道氦加热器。其次,基于FLUENT15.0软件对微细通道氦加热器管内外的对流换热系数和流动阻力进行了研究。对比模拟结果和经典关联式的计算结果,确定了适用于微细通道氦加热器管内外换热和流阻的关联式。结果表明:对于管内流动换热,经典关联式预测准确,平均误差小于8%。对于管外流动换热,经典关联式对流阻的预测依然准确,但是对换热系数的预测有较大偏差,最大偏差接近50%。基于数值模拟结果拟合了新的微细通道氦加热器管外对流换热关联式,平均误差小于5%。此外,对比分析发现蛇形管式微细通道氦加热器对流换热系数最大,综合性能最优。     

一种外并联式TBCC变几何进气道的设计

对一种Ma=0～7的二元外并联式TBCC变几何进气道设计开展了研究,给出了进气道总体设计思路、气动型面设计过程、变几何调节规律以及流场控制方案。初步数值仿真结果表明,该进气道满足预期的流量捕获需求,高速通道Ma=4和Ma=7时的喉道总压恢复系数分别为0.62和0.45,低速通道Ma=2.3和Ma=4时的喉道总压恢复系数分别为0.97和0.73;该变几何进气道在模态转换过程可以正常工作,没有明显的流动分离出现;由于侧板溢流,三维计算结果下的总压恢复系数与流量系数略低于二维计算结果。对三维外并联TBCC变几何进气道开展了涡轮通道扩压段设计及数值仿真研究,给出了三维模型的气动特性及涡轮通道的反压特性。     

PATR发动机控制特性和最大状态控制规律分析

为了研究预冷空气涡轮火箭发动机(PATR)的最大状态(最大推力和最大比冲状态)控制规律,建立了PATR的稳态变工况模型,研究了控制量对发动机性能参数的影响特性,给出了在总氢流量一定的前提下,发动机的最优性能状态(推力和比冲同时达到最大)控制规律,在此基础上进一步分别得到了发动机的最大推力状态和最大比冲状态的控制规律,并分别给出了发动机处于最大推力状态和最大比冲状态下的飞行包线。结果表明:当总氢流量一定时,PATR发动机的推力和比冲将随主燃室温度、氦涡轮入口温度、尾喷管喉部面积的增加而增大;给定总氢流量下的PATR发动机的最优性能状态控制规律为:核心机余气系数之和等于1、氦涡轮入口温度、尾喷管喉部面积分别取得最大值,此时发动机的推力和比冲同时达到最大,发动机处于最优性能状态;当主燃室温度、氦涡轮入口温度、尾喷管喉部面积一定时,推力随总氢流量的增加而增大,比冲与之相反;PATR发动机的最大推力状态控制规律为核心机余气系数之和等于1、氦涡轮入口温度、尾喷管喉部面积分别取得最大值,并要尽可能地增加总氢流量;PATR发动机的最大比冲状态控制规律为核心机余气系数之和等于1、氦涡轮入口温度、尾喷管喉部面积分别取得最大值,并要尽可能地减小总氢流量。     

基于起伏地形的干涉SAR回波数据仿真

地形起伏造成SAR图像几何畸变,从而对回波数据产生重要影响,基于此提出一种基于起伏地形的干涉SAR回波数据仿真方法。建立了地距几何仿真方案,通过插值对地面目标点进行重采样,有效地实现了SAR图像中几何畸变的仿真。提供了一种新的相关性复后向散射系数模型,考虑了散射系数幅度的随机起伏特性和两通道随机相位的相关性,进而建立时域回波信号模型,通过对方位回波信号插值,一定程度上减小了距离门取整带来的误差,最后给出干涉SAR回波数据的仿真流程。计算机仿真结果表明该算法不仅能有效体现干涉SAR图像中的几何畸变,而且验证了相关性后向散射模型和回波信号模型的正确性。     

基于全柔性卫星模型的控制闭环微振动建模与仿真

针对高分辨率遥感卫星的微振动分析,给出了一种整星结构运动与姿态控制系统闭环的建模方法。该方法基于全柔性卫星模型,通过考虑姿态控制系统的控制律和硬件特性建立集成仿真模型,进而预测卫星在轨微振动的微振动响应和结构传递特性。文章以某遥感卫星为例,分别从开环和闭环角度给出了微振动的微振动响应和结构传递特性的结果,并进行对比分析。分析结果表明：提出的方法能够实现全柔性卫星模型的控制闭环微振动分析,相对于传统的开环仿真更接近在轨实际情况。     

某卫星微振动建模与仿真

针对某卫星微振动力学环境,参考IME颤振分析建模方法,建立了一种卫星刚柔耦合多体动力学微振动仿真模型,并通过地面试验验证了利用微振动仿真模型预测卫星在轨微振动响应的有效性,阐述了卫星在轨微振动响应仿真计算预测方法。利用该微振动仿真模型能较准确地预测卫星在轨微振动响应以及微振动传递特性。     

分级歧管微通道阵列散热器流动与散热特性研究

针对航天器通信、激光、雷达等高功率载荷关键部件面临的高热流密度散热难题,开展分级歧管微通道阵列散热器研究。通过歧管结构引入射流效应并缩短散热通道长度,在保证高效散热的同时降低流动阻力。在10 mm×10 mm的硅芯片上使用微机电系统(MEMS)工艺加工3×3阵列的微通道散热器,散热器中微通道宽度为40μm,深度分别为40μm,150μm,300μm。搭建试验装置并研究散热器的流动与散热特性,通过改变入口流率、通道深度及工质种类获得不同参数对歧管微通道散热器内单相流动和散热性能(即压降、温度分布及换热系数)的影响,并在压降小于40 kPa的条件下实现了超过平均450 W/m~2的散热能力。文章的研究成果可用于航天器高功率载荷的高效散热。     

基于火箭弹非线性动力学系统的解耦控制

为消除火箭弹在倾斜转弯（BTT）时俯仰与偏航通道的强耦合,根据建立的火箭弹非线性动力学模型,采用微分几何方法和二次Gauss/回路传函恢复（LQG/LTR）设计了一控制系统,给出了控制器的设计。仿真结果表明：侧滑角近似为零,滚转命令能快速响应,设计的解耦控制器有效。     

基于MEMS的微槽冷却系统在微纳卫星热控中的应用

介绍了基于微机电一体化系统(MEMS)的微槽冷却系统的研究成果。分析了将微槽冷却系统用于微纳卫星热控设计时的特殊要求。讨论了表征微槽冷却系统性能的水力学系统和传热性能。理论分析和数值模拟结果表明,微槽冷却系统可使大热流密度的热源芯片温度维持在较低的范围内,能满足微纳卫星热控的要求。研究认为,压降和热阻均较小的深槽可在小泵功率时提供较优的传热性能。     

国外调温热沉研究现状及技术发展

调温热沉是开展相关空间环境模拟试验的必备技术手段。文章探讨了调温热沉在空间环境试验中应用的优点、前景及必要性;通过对国外调温热沉的研究应用情况进行总结,分析了调温热沉的一些主要设备及技术要求,包括高低温泵与风机、液氮换热器和液氮喷射器、电加热器等,还介绍了各种制冷技术的原理和适用范围以及导热液性能要求。最后对我国开展调温热沉研制工作提出了建议。     

Test results of the air turbo ramjet for a future space plane

The Institute of Space and Astronautical Science (ISAS) has been engaged in the development study on the Air Turbo Ramjet (ATR) engine since 1986 in cooperation with the Ishikawajima Harima Heavy Industries Co. Ltd (IHI). The ATR is one of the most preferable candidates for the propulsion system of a future space plane. Our ATR engine is a combined cycle air breathing propulsion system which consists of the turbojet and the fan boosted ramjet using the liquid hydrogen as a fuel. This engine system was named “ATREX” after employing the expander cycle. The ATREX is energized by thermal energy extracted regeneratively in both the pre-cooler installed in the air intake and the heat exchanger in combustion chamber. The ATREX works in the flight condition from sea level static up to Mach 6 at 35 km altitude. The ATREX employs the tip turbine configuration for compactness of turbo machinery. We are assessing the feasibility of the ATREX system by the sea level static tests using the 1/4-scale model (ATREX-500) with a fan inlet diameter of 300 mm and overall length of 2120 mm. In 1990, the ATREX-500 engine was tested in a sea level static condition to verify the performance characteristics of the turbo machinery and the combustor. In September of 1991, the heat exchanger was installed in the combustion chamber and tested independently from the turbo system. In November of 1991, the heat exchanger was coupled with the turbo system and tested to verify the overall system of the ATREX. In this paper are presented the test results of the ATREX-500 engine tested in the sea level static condition.     

换热器镀层工艺研究

通过理论分析和工艺试验等方式,探索了由性能差异较大的不同材料组成的换热器选择性电镀工艺方法.采用局部遮蔽、浸蚀溶液的选择、预镀工艺的确定等方式,保证了组合件上各型面、各材料上的镀层质量,换热器上局部镀覆层既满足钎焊性,同时又满足高温抗氧化性的功能要求,并顺利完成了钎焊和热试车.本研究成果已在多个结构复杂的换热器上得到推...     

Long-term variations of fluxes of solar protons and helium isotopes

The fluxes of hydrogen and helium isotopes in the solar wind are reconstructed over a long time scale since the present time up to 600 million years back. Abundances of helium isotopes, obtained in the helium isotopic analysis made for 8 lunar soil samples, were used as initial data in the reconstruction procedure. Samples were taken off from various levels of the 1.6-m core of lunar soil delivered by the automatic Luna-24 station in 1976. The data on modern hydrogen and helium fluxes were used as well. The developed reconstruction procedure allowed one to select various solar wind components in a ??gross?? composition. Proton flux variations over the interval of 600 million years do not exceed a value of 40 %. Helium flux variations reach a value of 1.5?C2 relative to the average value. Most likely, this circumstance is caused by considerable variations of a number of coronal mass ejections (CME) enriched by helium. The arguments in favor of solar activity polycyclicity on a long time scale are discussed.     

离心机气动产热及其影响因素的理论研究

为深入解析离心机气动产热的影响因素和变化规律，理论推导建立产热模型，并通过与文献中离心机的气动产热实验和仿真结果的对比，验证了理论模型的有效性。利用该模型对实际的离心机产热问题进行分析计算发现:在所研究的工况范围内，机室内空气的随流比随转子转速ω_r的增加而增加；产热总功率与转子转速呈指数上升关系，与机室压力呈正比例关系；机室侧壁的摩擦产热功率在离心机气动产热热源中的占比最大，且随着ω_r的增加而增加。建议将离心机的换热器布置在机室侧壁内表面并人为提高机室内空气的随流比，以利离心机散热控温。     

载人舱不锈钢-铜热沉的特点

热沉不但具备模拟宇宙的“冷黑”环境功能,而且它还相当于一个辐射换热器和抽气泵,由此引出热沉材料的选择原则。文章详细介绍了不锈钢-铜热沉的特点和测试结果,说明了不锈钢-铜热沉为热沉的发展开辟了一条新途径。     

Spacecraft “Foton-M” in-flight thermal conditions

The problem of thermal conditions aboard the “Foton-M” spacecraft during its orbital flight is under consideration in this paper. The problem is very acute for performing microgravity experiments onboard of the orbital platform, because on one hand, many experiments need a definite temperature range to be performed, and on the other hand all electrical devices aboard radiate heat. To avoid uncontrolled heating of the environment special heat exchangers are used. To transport heat from different places of the capsule to heat exchanger special fans are installed given definite orientation. All the heat exchange facilities should be designed in advance being adjusted to current capsule loading and heat radiation by equipment. Thus special tools are needed predicting the capsule thermal conditions being function of equipment placement.The present paper introduces a new developed prognostic mathematical model able to forecast temperature distribution inside the capsule with account of fan induced air flows, thermal irradiation by scientific equipment and heat losses due to cooling system.     

考虑轨道摄动的外热流计算分析

为改进传统外热流算法未考虑外热流经多次反射后的吸收和国外商业软件未考虑轨道摄动及太阳矢量变化对外热流的影响等不足,重新定义了外热流角系数和外热流辐射传递因子,综合SGP4轨道模型和Gebhart方法,给出了考虑摄动等因素的辐射传递因子和轨道外热流计算模型,以及相应的计算流程。通过仿真分析论证了考虑多次反射及摄动等因素的重要性。