耐用防热方案的验证试验

为了给未来空间运载系统表面提供耐用的热防护,正在研制三种新型防热系统(TPS):钛合金多层壁、超级合金蜂窝和新的碳-碳多支柱结构。该文介绍这些方案的验证试验(热、振动、噪声、存放环境、雷击、气动热)。初步试验结果表明三种防热方案,可以在2300°F以下表面温度范围内使用。     

空天飞机的防热系统

首先分析了空天飞机对其防热系统的要求,重点是在飞行热环境中的生存能力、减轻重量以及良好的使用性能。然后,概述了正在发展的典型的两级入轨和单级入轨的空天飞机的防热系统。紧接着较详细地介绍了美国空天飞机(NASP)防热系统研究工作的进展情况,同时介绍了适用于空天飞机前缘防热系统的设计概念、可能采用的热管技术和对主动冷却面板的要求及其发展现状和存在的问题。对理论分析、地面试验和飞行试验在发展空天飞机防热系统中的作用也进行了讨论并简单地介绍了这几方面的发展现状。最后,对发展空天飞机防热系统提出了建议。     

高温含水气流条件下燃烧室材料考核的电弧加热试验模拟方法

在燃烧室的内流热环境下,燃烧室壁面的部分防热材料(如 C/SiC 或超高温陶瓷)与碳氢燃料燃烧产物水蒸气发生的氧化反应速率比与空气中的氧气还要快。水蒸气的存在加剧了防热材料的氧化。另外,水蒸气还能与材料表面玻璃状的 SiO2保护层发生挥发性的化学反应,破坏了 SiO2保护层。这些因素对燃烧室防热材料的防热效果有明显的影响。本文采用等离子电弧加热矩形湍流导管试验方法模拟超燃冲压发动机燃烧室的内流热环境,并在试验喷管前的混合稳压室内横向喷射4%~5%的常温水与高温气体混合,模拟燃烧室内水蒸气的组份、浓度和温度,采用数值计算的方法分析混合稳压室内水与高温气体的掺混程度,研究含水的高温气体的总温(总焓)计算方法。     

火箭贮箱的低温绝热试验设备

该试验设备为俄罗斯中央机械研究院研制，用十评估火箭发动机低温贮箱的防热能力。     

低密度烧蚀材料在中高热流环境应用的试验研究和理论预测

低密度烧蚀材料是为解决飞船再入过程中高焓、低热流长时间飞行热环境的防热问题开发的防热材料。随着新工程项目的开展，低密度烧蚀材料被要求应用于中高热流的新环境下。在电弧风洞上开展了低密度烧蚀材料在气流恢复焓为18MJ/kg，冷壁热流为720kW/m2的高焓、中高热流条件下的防热性能考核试验。试验中改进了传统的水冷框方式，水冷框与试验件之间增加了高性能隔热材料，避免了侧向热泄漏，提高了试验结果的准确性。试验结果表明低密度烧蚀材料能够满足中高热流的加热环境。同时开展了低密度烧蚀材料的防热性能计算研究。低密度烧蚀材料的烧蚀机理复杂，根据低密度烧蚀过程的本体热传导-热解-炭化机制，不同区域和阶段分别采用对应的预测方法，改进了炭化烧蚀的计算方法。将理论预测结果同风洞试验结果进行了对比研究，结果表明理论预测同风洞试验结果一致性良好。     

气动热试验中稳态热流测量技术研究

高超声速飞行器热防护系统防热结构、防热材料的地面防热试验研究中,模型表面热流大小是关键参数之一。介绍了防热试验研究中瞬态热流测量技术,详细分析和论述了将红外热图测试技术和水卡量热计测试技术相结合,利用动态换热平衡和能量守恒原理实现防热试验中稳态热流测量的基本理论和测试方法,并给出初步试验结果。该技术的建立,为地面防热材料筛选和材料防热机理研究提供了有效、可行的测试手段。     

波转子对小型燃气涡轮发动机性能的影响

波转子是一种自冷却动压交换设备,具有提高各种发动机和机械的性能与运行特性的特有优势。本文建立基于波转子技术的小型燃气涡轮发动机热力循环分析模型。研究了压气机、涡轮压比、燃烧工作条件变化等5种热力循环方案情况下波转子技术对小型燃气涡轮发动机性能的影响。探讨波转子嵌入燃气涡轮发动机后导致燃烧室工作环境的变化规律。在相同压气机压比、相同涡轮进口温度热力循环方案情况下,波转子技术提高燃气涡轮发动机性能最高,获得了基于波转子技术小型燃气涡轮发动机最佳性能优化区和燃烧室工作环境变化规律。     

低气压环境火箭底部柔性防热材料隔热试验研究

文章针对飞行环境的压力变化,采用低气压环境复合瞬态热试验系统,在常压、20k Pa、2kPa三种压力环境下模拟了火箭底部柔性防热材料在飞行过程中的瞬态热载荷。通过测试试件升温状态及表面烧蚀状态,研究压力环境对材料隔热性能的影响。通过试验结果对比分析,发现箭体底部柔性防热材料的升温幅度与烧蚀程度均随环境压力的下降而降低,20k Pa、2k Pa状态下的烧蚀量分别为常压状态下的87%和56%。     

飞行器舱段结构可控热环境虚拟试验

本文首先介绍了飞行器舱段结构可控辐射热环境虚拟试验技术,其中包含了地面辐射加热器的辐射传热分析模型、虚拟试验中热载荷PID反馈控制方法.然后针对典型舱段结构开展相应的可控辐射热环境虚拟试验分析,并把分析结果与地面试验数据进行比较.在虚拟试验热载荷PID控制作用下,热载荷控制曲线结果与地面实物试验控制结果十分符合,最大相...     

用辐射加热方式对大面积非金属防热层气动加热作模拟试验

使用非金属防热层的目的是防止气动加热引起结构强度降低和内部仪器失灵。在60年代初美国曾为“民兵”导弹研制了一种叫做Avcoat的防热涂层用于大面积防热目的。由于成本、工艺和防热效率的原因约在1964年就用软木贴片代替了这种涂料。“民兵”表面的几乎90％部份都用软木片所贴敷。由于我们一系列的基础条件不够充分,不能通过大量的飞行和气动试验对防热材料作细致完善的研究工作,不能结合具体的防热材料工作机理进行与空气动力学、附面层理论、烧蚀防热理论以及热传导理论有关的研究工作,因此,就不能为防热措施的设计与材料计算提供切实可靠的依据和方法,以及为这种方法所必要的全部物理参数。设计者们往往不得不采取极为粗略的甚至与防热设计的基本思想相违背的假定作为设计与计算的依据。相当程度上的盲目性使产品重量过剩。以这种与事实不符的计算结果作为辐射模拟试验的依据,其结果与实际飞行中所测得的数据不相符就是理所当然的事了。     

战术导弹飞行主动段力学环境快速预示方法

研究了战术导弹飞行主动段力学环境预示的快速计算方法。首先根据类似型号外推方法得到新型号的发动机前裙的力学环境,再基于新型号的简单有限元模型可以获得指定的位置的力学环境。该方法简单、计算效率高,可用于型号研制初期,为力学环境试验条件制定提供参考。     

辐射加热方法在结构热试验中的作用与地位

高超声速飞行器经受着严酷的气动加热环境,为验证飞行器整体设计、考核热结构耐热性能,需要开展大量的结构热试验研究,如辐射加热、气流加热方法等。其中辐射加热方法具有加热时间长、加热能力强、多温区控制等特点,是有效的结构全尺寸热试验方法;气流加热方法受试验空间、加热时间等限制,在特定问题上发挥着重要作用。给出了高超声速飞行器防热区和高温区的热结构设计理念,总结了国外结构热试验方法的发展和应用,指出用辐射加热模拟气动热环境仍将是新型飞行器热结构优化设计和性能考核的重要手段。     

非催化壁材料在非平衡流场条件下的热考核试验方法研究

针对电弧风洞试验条件下非催化壁防热材料在非平衡流场中存在的防热性能"欠考核"问题，提出了有效考核方法。以典型陶瓷基复合材料尖劈外形试件为例，采用CFD数值模拟与试验状态调试相结合的方法，对典型电弧风洞试验条件下完全催化壁和非催化壁材料的热流进行了数值模拟，并结合热流实测结果，确定了风洞试验状态并完成了试验，实现了对该类热防护材料防热性能的有效考核，为非催化壁材料防热性能试验"欠考核"问题提供了解决途径。     

固体火箭发动机地面热试车试验研究

从试验原理、试验环境和试验方案等方面对固体火箭发动机地面热试车试验进行了完整的介绍,对燃烧室内压力、发动机壳体的振动、冲击和试车台周围的噪声环境等试验结果进行了详细的分析。通过分析,揭示了发动机的内部工作原理,指出了燃烧室内脉动压力类似于白噪声,阐明了舱段的隔声、降噪特性和质量负载、阻尼衰减效应等。后续可通过对这些影响因素及其作用效应进行综合分析,利用数据推演或仿真分析等手段得到导弹真实的环境。     

高空发动机试车台矢量推力现场动态校准技术

根据发动机试车台矢量推力现场动态校准需求，通过系统化论证，针对试车台的技术要求及校准需求，解决发动机试车台现场实际使用和实验室校准条件不同造成的附加测量误差、试验台推力无法整体校准等问题。文中提出了利用摆锤式动态力加载装置实现标准矢量力加载的方案，为了验证设计方案的可行性，利用现有的设备研究验证校准方案，通过试验和分析给出了校准不确定度。结果表明：该方案动态性能优异，响应迅速，动态校准不确定度为2.2%，能满足高空发动机试车台矢量推力测试的需求，为后续进一步准确测试矢量推力提供了依据。     

非烧蚀防热材料地面模拟试验有效性分析（英文）

流场化学非平衡度与材料表面催化反应的耦合控制着服役于化学非平衡流场中非烧蚀防热材料表面的气动热载荷,若在该类防热材料性能模拟研究中忽略这一耦合效应,地面模拟试验将无法获得材料的有效使用性能。为此,本文依据钝头体高超声速飞行器边界层驻点热流关系式,分析了影响驻点热流的主要流场参数、地面高焓模拟设备所提供的高焓超声速流场特点以及与飞行热环境之间的主要差异,采用CFD分析了"三参数"模拟方法的有效性。针对化学非平衡边界层驻点传热分析,提出"四参数"模拟方法并分析了"四参数"模拟方法中离解焓无法模拟时的防热材料性能并提出初步解决方法。     

基于MoTec M84 ECU的Honda CBR600RR型发动机动力性匹配标定的研究

为提高大学生方程式赛车发动机的动力性,搭建了Honda CBR600RR型发动机试验台架,分析了限流阀对发动机动力性的影响,从改变喷油脉宽和点火提前角两个方面提出优化发动机动力性的方案,基于MoTec M84Manager软件对发动机喷油脉宽及点火提前角进行匹配标定。结果表明,发动机的动力性明显提高,证明了发动机动力性匹配标定方案的可行性。该结果可为大学生方程式赛车发动机动力性匹配标定提供参考。     

发动机喷管延伸段振动疲劳评估方法

发动机喷管延伸段由管束式排放冷却段和气膜冷却单壁段组成,发动机运行过程中会受到较高应力、宽频振动以及高温环境等影响,因而在受力集中部位、焊缝最大应力区等薄弱环节比较容易出现裂纹等破坏形式。本文给出发动机喷管延伸段在高温高压环境下的静动强度、刚度、和薄壁结构常温下振动疲劳分析方法。建立了发动机喷管延伸段有限元分析模型,根据仿真分析结果评估结构强度是否满足设计要求,运用多种分析手段查找结构设计的相对薄弱环节,提出通过高温静强度和刚度以及疲劳寿命分析,并根据疲劳寿命反馈进行结构优化,为结构设计提供有效参考。     

金属—玻璃钢双层圆柱壳(包括化铣整体加肋壳)的稳定性

金属—玻璃钢双层壳的内层由金属(如钢或铝)构成,它是各向同性的,外层玻璃钢是正交异性的。玻璃钢是为了防热而设置的。为了减轻结构重量,设计者提出;玻璃钢层除了防热,是否还可以承担部分载荷?回答是肯定的,因而要求确定能够承担的载荷数量。双层壳(各向同性、正交异性)的稳定性计算方法已有不少作者研究,但试验资料很     

应用光电测试系统研究发动机起动

应用光电测试系统来检测发动机的起动过程,进而可评定发动机的起动品质并进行故障诊断。对自行设计和研制的光电测试系统作了分析,表明该系统能满足发动机起动时测试之要求。应用该系统测出了发动机燃烧室火焰信号的变化曲线,还对该信号进行了分析。应用全套动态参数测试系统,测出了一台单轴小型喷气发动机起动过程的动态曲线,本文只展示了四个参数的变化:发动机转速、燃油流量、涡轮后叶尖温度、燃烧室火焰信号。通过应用该套测试系统,找出了最佳起动方案,对研究发动机起动问题具有实用价值。