载人飞船返回舱的烧蚀防热

载人飞船返回舱的烧蚀热防护技术研究和试验表明，碳化烧蚀材料是再入飞行器最有效的热防护层。对典型的碳化烧蚀体的热性能的预测分析模型和计算方法作了阐述。数值计算结果分别与电弧风洞试验和阿波罗的飞行验证试验作了比较，结果符合得很好。     

飞行器热防护结构的相似准则问题研究

高速飞行带来的气动热与热防护问题是制约高速飞行器系统提高技术水平和能力的一个主要技术瓶颈。在飞行器结构设计过程中,对飞行器结构进行考核试验必不可少。受风洞设备试验能力限制,试验模型尺寸、来流条件等与实际飞行通常存在较大差异,要在试验中完全模拟实际飞行环境、温度和应力状况无法做到。对飞行器进行缩放处理后进行模型的风洞热结构考核,并通过相似准则获得真实结构的温度/应力分布特性,为飞行器热防护设计提供支撑有着迫切需求。本文通过热传导方程和热弹性动力学方程组,对其中的模型相似参数进行讨论,并根据模型试验边界情况进行了讨论研究。提出了飞行器热防护结构地面考核试验的相似准则,并建立了不同试验类型情况下需要遵循的相似准则条件。该相似准则体系具有较大的灵活度,同时具有很高的实用价值。     

轻质点阵主动冷却壁板热流固耦合响应分析

提出一类以点阵材料为夹芯的新型轻质主动冷却壁板,研究了Ma=6条件下的该壁板的流固耦合传热性能及热结构响应性能,并从热防护、热强度和轻量化等几个方面与槽道式主动冷却结构进行了综合比较。采用三维流固耦合共轭传热数值计算方法,考虑了几种典型的点阵夹层结构与冷却液动态换热过程的相互影响,分析中考虑了碳氢燃料与合金材料热物理性质随温度的变化以及湍流换热,求解获得了流体与结构的三维瞬态温度场,并通过顺序耦合求解获得了结构的应力场。计算结果表明,在相同的热环境下,高孔隙率的轻质点阵夹层结构的流固界面换热性能远高于槽道式主动冷却结构,因此结构的最高温度也较低,同时应力集中问题也有所缓解。通过对不同构型的点阵夹层结构的比较发现,胞元构型对其传热性能和结构应力应变有显著的影响。     

俄罗斯的典型温度强度试验大厅

莫斯科中央机械研究院是俄罗斯航天领域的最主要试验单位之一,负责导弹航天产品的综合研制试验。它在热试验领域尤其具有较强的试验能力,既可以利用风洞、高频等离子加速器、电弧装置、热试验台进行产品的热交换、热防护、耐热、热状态和气动热试验等各种热试验,也可利用专门的温度强度大厅进行热静力试验和低温-静力试验。     

基于多孔介质的发汗冷却特性数值研究

针对航空航天领域日益严峻的热防护需求,采用发汗冷却对受气动加热以及高温燃气侵蚀的热端部件进行热防护的技术方案受到广泛关注。本研究发展了适用于高超声速条件下的多孔介质发汗冷却数值分析方法,对相变发汗冷却数值分析方法进行验证及修正,进而获得具有较高准确度的多孔介质发汗冷却数值计算方法。对相变发汗冷却与外流场进行一体化耦合分析,获得主流温度、激波及发汗出流对冷却壁温及冷却效率的影响规律。     

飞行器气动热与结构传热双向耦合研究

高超声速飞行器热防护结构的设计优化取决于对于飞行器气动热环境与结构内部温度场的准确预示,两者之间的耦合作用对此有着显著的影响。本文针对典型圆管绕流问题开展高超声速非定常流动与热防护结构传热耦合的数值计算。流场部分求解基于量热完全气体的三维粘性可压缩流动Navier-Stokes方程,固体部分求解瞬态热传导及结构响应方程获得结构温度场、热应力及应变。耦合计算采用分区迭代方法,在流-固交界面上进行壁面热流与温度的数据传递,实现了流体与结构的耦合计算。以典型圆管前缘风洞数据对上述多场耦合分析方法进行了验证,结果表明激波位置与壁面热流的计算结果与风洞试验结果一致。基于该方法对典型翼面结构在不同来流马赫数条件下的结构力热响应的模态特征。该方法能够对高超声速飞行器的气动力热载荷与结构传热的规律进行预示,从而为飞行器热防护结构的设计优化提供设计依据。     

热力耦合试验中加载杆的改进设计

热力耦合试验中,加载杆在靠近加热元件的地方受到较强的辐射,在热流上升阶段容易使加载杆的温度迅速上升,强度迅速下降,导致试验失败。对此试验现象进行了数值模拟,对加载杆进行改进设计,通过添加热防护部件而解决此类问题,并利用数值模拟方法验证了此方法可行性。     

电弧风洞喷管壁温对平板试验的影响研究

为研究电弧风洞喷管壁面温度对平板试验的影响,研制了隔热半椭圆喷管,采用电弧风洞半椭圆喷管平板试验的方法,将喷管长轴边与平板试验模型连接,使气流延伸到模型表面进行试验。喷管扩张段水冷壁面在试验初始时期（冷壁）和壁温上升（热壁）条件下,试验研究了平板测试模型表面冷壁热流和平衡温度的变化。结果表明:在喷管来流焓值1.00～2.55 MJ/kg范围内,相对于冷壁,热壁模型表面冷壁热流增加4.7%～15.0%,平衡温度最大升高4.24%。因此,热防护试验时应考虑喷管壁面温度对平板试验结果带来的影响,需要提高来流焓值。     

卫星主动热控离心泵的振动抑制研究

高精度卫星上的光学探测系统的正常运行需要适当的低温环境,一般使用主动热控设备来满足这一要求,然而主动热控设备的运行会对安装面产生扰振力和扰振力矩,影响高精度卫星有效载荷所需要的微振动环境。本文以离心泵这类典型的卫星主动热控设备为研究对象,通过实验测得其振动特性,并在此基础之上设计了6自由度隔振系统,通过理论分析对隔振器的设计进行了优化,最后通过试验验证了隔振系统的振动抑制效果。     

管路系统热-振联合环境试验技术研究

管路系统是飞行器发动机的重要组成部分,在工作过程中经受多种热力学和振动环境,必须经过地面试验以考核管路系统的可靠性。热振联合试验就是考核结构件在热及振动环境下可靠性的一种行之有效的方法。本文分析描述了热振动试验中热、压系统及振动系统的组建方法。该试验技术对类似的综合试验具有指导意义。     

高焓非平衡气动热环境的试验模拟及影响

在电弧风洞中开展材料特性考核试验时,一般根据部分相似模拟理论,通过模拟飞行条件的总焓和表面压力模拟气动热环境.分析了部分相似模拟的适用条件,并通过数值求解二维轴对称热化学非平衡粘性激波层方程,计算了两种不同尺度球头模型的流场特性,分析了试验状态对飞行条件热环境的模拟程度和对材料性能评价的影响.研究表明,对于热化学非平衡流场,特别是对于表面催化系数较低的热防护材料,采用部分相似模拟理论开展试验,气动热环境模拟程度下降,并且由于热焓比例偏小,对高温耐烧蚀材料的考核程度偏低.     

刚性隔热瓦瞬态热传导及影响研究

针对高超声速飞行器中广泛使用的刚性隔热瓦热防护设计方案,采用Ansysworkbench有限元分析软件,建立了刚性隔热瓦有限元模型,通过瞬态热传导求解器,开展相应的温度场分析,获得了刚性隔热瓦热防护内表面温度随时间的变化历程。进一步,针对影响刚性隔热瓦热防护内表面温度的关键因素,如缝隙宽度、表面辐射率、热导率和材料密度等,开展了相应的影响规律研究,为高超声速飞行器热防护方案设计提供一定的参考。     

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。     

飞航导弹热防护技术发展趋势

简要介绍国内外导弹和航天器的热防护技术发展情况,重点介绍材料方面热防护技术的特点和热防护思路。     

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。     

用白光散斑测量金属高温热变形的表面处理技术

探讨了不同温度的热过程中材料表面的白光散斑可测性，研究了金属表面氧化与散斑可测性之间的关系和抗高温氧化的实用方法，提出将热喷涂方法制备的防护层用于热变形的白光散斑测量。实验发现，以砂纸打磨的方式制备表面，可适用４００℃以下的热过程。基材表面火焰喷涂通用复合粉末所制备的防护层，可承受９００℃短期高温而保持散斑相关性，并可在７００℃下进行变形测量。表面预处理对基材机械性能的影响很小。     

应用于高气压运行的片式电弧加热器初步研究

片式电弧加热器模拟焓值范围宽,是开展热防护试验的理想设备。为拓宽其压力模拟范围,开展了片式电弧加热器内流分析方法研究,并与片式电弧加热器高气压试验进行了对比,结果吻合较好。为解决高气压运行试验出现的问题,研制了耐压、耐高热流压缩片,增强了压缩片的冷却效果,短化了片式电弧加热器电极,采取内壁防护措施使表面高温氧化产物减少和热量损失降低。探索高气压片式电弧加热器运行模式,解决了高气压运行串弧问题。试验的运行压力超过10 MPa,单电极运行电弧电流超过5000 A,提高了片式电弧加热器的试验能力。     

大型垂直模态试验系统研制与应用

航天器的大型化对地面验证手段的要求越来越高。为了辨识大型航天器的特性参数(频率、阻尼、振型等)、验证和修正数学模型(有限元模型)、校核动态分析结果的有效性,检查结构中的薄弱环节及部位,开展了大型模态试验系统的研制,研究设计了卫星、飞船领域的大型模态试验系统,攻克了模态试验系统多维度激振、全尺寸包络、试验件安全多重防护等关键技术,实现了三维激振、激光非接触防护的模态试验系统。     

卫星随机振动带谷试验方法探讨

在随机振动试验中,为防止卫星过试验现象的出现,通常需要应用带谷试验方法对卫星进行合理的激励.带谷试验方法主要分为主动带谷试验方法和被动带谷试验方法两类.文章首先对两种带谷试验方法的实现方式分别进行了阐述,随后应用两颗卫星分别进行主动带谷和被动带谷试验的实例,分析探讨了带谷试验方法工程应用的有效性.     

石英灯加热器的热特性研究

本文通过理论和试验相结合的方法,在石英灯加热器加热过程中,对其放大倍数、时间常数等主要特性参数进行了研究,为热强度试验加热系统的优化设计提供有效数据及方法。