复合材料在红外隐身技术中的应用

根据红外隐身原理,将应用于红外隐身技术的复合材料进行分类阐述,分析复合材料在红外隐身技术中的地位和应用前景,并着重介绍了本实验室在基于热电制冷器（TEC）的智能温控复合材料系统方面的研究成果。研制了针对不同具体应用条件的多种智能温控复合材料系统;建立了智能温控复合材料系统的制冷性能理论计算模型;并考察TEC热电元件臂长、TEC热端散热方式等因素对系统温控效果的影响,进一步优化了智能温控效果,使该智能温控材料能够根据设定温度的复杂变化做出快速响应。最后对智能温控复合材料在红外隐身技术中的应用进行了总结和展望。     

通用油箱热模型的建模与仿真

全面考虑各种传热情况,建立了油箱壁面、油箱内气体和燃油的热平衡微分方程组,进而在Flowmaster平台上用C#语言二次开发了通用的油箱仿真模型.对某燃油系统进行了典型飞行剖面内的动态仿真,根据燃油质量、回流燃油质量流量和燃油温度的变化曲线定量分析用燃油作为热沉的冷却能力,确定适当的燃油混合循环质量流量以及燃油散热器的冷却量.结果表明:对于所研究的燃油系统,燃油能够冷却的最大热载荷约为50kW;当热载荷为70kW时,供油箱与前后输油箱的循环质量流量分别为0.3kg/s和0.1kg/s,燃油散热器冷却量为12kW.     

载人航天器热控系统并联回路的轻量化设计

为优化载人航天器热控系统的并联液体回路,减轻其质量,建立了并联回路传热和质量的数学物理模型;并以两支路系统为例,分析了其并联回路的轻量化设计问题,讨论了最优流量分配系数与流体流量、冷流体温度等参数之间的关系。研究发现,对并联回路而言,存在最佳管径与流量分配方案,使其质量最轻;随着流体总流量的增加,最优流量分配方案逐渐接近平均分配;给定流体总流量时,冷流体温度较低时最优的分配方式为平均分配,随着冷流体温度的提高,最优分配由支路散热任务、工作温度等因素决定。此外,还研究了支路管道长度和电源系统质量与泵功率之间的比例系数等因素对最优流量分配的影响。     

飞机燃油箱地面冷却惰化数值仿真

通过 COMSOL软件对飞机燃油箱地面冷却惰化进行了 3D仿真,得到了燃油温度、气相空间温度、燃油蒸汽体积分数随时间变化的情况;研究了抽气流量、蒸发温度、内热源功率、外界空气流速对冷却惰化的影响。结果表明:内热源功率过大时,燃油蒸汽体积分数高于可燃体积分数下限,将不能惰化;增大抽气流量以及降低蒸发温度,可以更快地降低气相空间温度,惰化效果更好;外界空气流速越大,气动加热热量越大,油箱气相空间温度越高,但外界空气流速较大时,系统仍能惰化。     

基于蜡式自驱动温控阀的在轨卫星热控方法分析

为了提高航天器热控系统的控温适应能力,介绍了一种基于蜡式自驱动温控阀的卫星单相流体回路热控方法,提出了蜡式自驱动温控阀控温和机械泵、蜡式自驱动温控阀联合控温两种控制策略.利用集总参数法建立蜡式自驱动温控阀、热源载荷以及辐射器等部件的数学模型,运用数值仿真方法计算了某卫星在轨飞行中外热流周期性扰动和电气设备热耗阶跃扰动下该热控系统的温度动态特性,分析了两种控制策略的控温效果.结果表明:机械泵、蜡式自驱动温控阀联合控温既能利用蜡式自驱动温控阀的优势,达到系统的可靠性要求以及减少能源消耗,又能够克服蜡式自驱动温控阀的温度限制以及稳态误差等不足,实现回路系统的精确控温.      

战斗机综合热能管理系统稳态仿真

建立综合热管理系统稳态仿真数学模型,在SIMULINK软件平台上搭建仿真模块,对系统同一高度不同马赫数及同一马赫数不同高度进行了稳态仿真,得到系统中关键部件的进出口温度和流量,并分析了马赫数以及高度变化对各状态点温度的影响。分析得出马赫数增加各状态点的温度基本是增加的,只有燃油冷却出口温度先减后增;各状态点的温度随高度的增高基本是减小的,只有燃油冷却出口温度是增加的。     

摆动喷管控制导弹回路成形自动驾驶仪设计

针对摆动喷管控制防空导弹存在的伺服气动弹性问题,利用鲁棒回路成形方法在导弹的纵向通道设计了自动驾驶仪。首先,建立了考虑一阶弹性振动影响的纵向小扰动线性化模型;然后考虑到控制系统设计中存在的导弹自身以及外界干扰等不确定因素的影响,采用回路成形的方法,根据系统性能指标的要求,选取了系统期望回路成形函数,构造了防空导弹纵向自动驾驶仪回路成形设计框架,给出了鲁棒回路成形控制增益K∞;最后,对其进行了数字仿真。仿真结果表明,所设计的系统具有良好的鲁棒稳定性和鲁棒性能。     

航空发动机附件综合热管理性能分析

针对航空发动机舱内附件面临的热问题，提出了以隔热、通油冷却、通风冷却等为热防护措施的综合热管理方案，通过实验研究了隔热、通油冷却、通风冷却对附件温度的影响，获得了机匣温度、初始燃油温度及燃油流量等对附件表面温度及进出口燃油温升的影响规律。结果表明：隔热能够显著降低附件表面温度增长速率，在100 min工作时间内能够有效控制附件表面温度保持在200 ℃以下；附件表面温度的主要影响因素为初始燃油温度、加热功率、燃油流量，其中初始燃油温度决定附件进口温度，加热功率、燃油流量决定附件进出口温差，三者共同决定附件表面温度；通风冷却对未采取通油冷却的附件有一定的冷却效果，对采取通油冷却的附件没有明显的冷却效果。     

弹片热机械疲劳试验方法研究及设计

针对弹片的热机械疲劳（TMF）试验要求，采用机械设计技术、机电技术、冷却技术、计算机技术和数据采集技术，提出了压力载荷和热载荷的加载方法，建立了2种载荷5个试验件的并联试验控制系统，并设计了弹片热机械疲劳试验器。试验结果表明:该系统能够同时模拟服役环境下弹片的压力载荷和热载荷。利用该试验系统进行了弹片的热机械疲劳试验，试验结果再现了弹片在服役状态下的失效模式。试验系统具有良好的重复度、较高的加载频率和加载精度。压力载荷最大相对误差为2.4%，绝对误差小于0.5N。温度载荷最大相对误差为3.55%，最大绝对误差为3.89℃。      

基于仿真技术的空调系统冲压空气能耗研究

简要介绍了开展民用飞机空调系统仿真分析及研究的重要意义和空调系统工作原理。建立了民用飞机空调系统主要部件的数学模型,开发了系统部件仿真模块及驾驶舱/客舱热载荷模块等,用搭建的部件模块组建了某民用飞机空调系统仿真模型,完成了仿真计算算例。对仿真算例进行试验验证以修正仿真模型,应用修正的仿真模型预测民用飞机整个飞行剖面内空调系统的冲压空气流量,同时采用标准计算方法评估空调系统冲压空气能耗,为空调系统的冲压设计提供依据,对飞机空调系统设计、优化及适航符合性验证具有重要的参考意义。     

高超声速飞机热管理系统控制模型构建与仿真

以高超声速飞机为研究对象,提出了一种基于单相流体回路的热管理系统(TMS)模型,通过热控制策略与热沉调度模型实现热沉制冷能力最大化目标,解决新型高速飞机日益彰显的冷源不足问题。热控制策略利用系统辨识与热载荷预测算法,提出基于能量平衡与温度反馈配合的热控制模型,解决热惯性带来的控制延迟问题。基于热沉冷却能力评估与热载荷匹配提出热沉调度模型,旨在合理利用各种冷源,解决飞行后期冷源不足的问题。研究通过MATLAB/Simulink仿真验证模型及算法,结果表明:所设计的TMS能够满足高超声速飞机长时间飞行需求;考虑能量平衡的控制模型在超调量及衰减比方面均优于温度反馈控制模型;基于热沉调度策略能够降低冷源消耗速率,更充分地利用各种机载热沉。      

飞行器热防护与利用一体化系统实验与模拟

通过设计一种基于主动冷却的点阵桁架结构,在降低飞行器质量的同时,实现有效的热防护效果,并在该结构中加入半导体温差发电装置,将产生的气动热转化为电能,可用于飞行器小型用电设备供电.对该热防护与利用一体化系统进行了实验研究.在不同工况下,温差发电功率远大于主动冷却系统的泵功消耗,可实现主动冷却系统的自驱动.通过添加管内表面...     

层间叉排微针肋液体冷却3D-IC流动及换热特性

用数值模拟的方法,研究了散热面积为1cm2带有层间微散热结构双面均热发热3D-IC内部流体层流流动与换热,对体积流量在36~290mL/min范围内,通道高度为200μm,通道间距为200μm的带有矩形微通道和叉排微针肋液体冷却3D-IC(three-dimensional integration circuit)的流动与换热进行了分析.结果表明:带有层间叉排微针肋液体冷却3D-IC具有良好的换热效果,在热流密度为1.25MW/m2,体积流量为290mL/min时,其发热面平均温度、最大温度只有318.31,323.16K,分别最大减小了12.31,20.14K,此时的功率为250W、体积热源为8.3kW/cm3.      

Influences of mass flow rate on heat and mass transfer performances of water sublimator combined with fluid loop

For spacecraft working in vacuum environment, sublimator is an effective heat rejection approach to reject system's peak heat load, and supplement spacecraft radiation heat rejection. For a spacecraft active fluid loop thermal control system combined with sublimator, waste heat generated from multi-point distributed heat sources could be collected by the fluid loop efficiently. However, the heat and mass transfer performances of the sublimator combined with fluid loop have not been adequately studied in previous research, especially for the influences of the heat load. Since work fluid mass flow rate is the main factor affecting heat load of the fluid loop, this context experimentally studied influences of the fluid loop mass flow rate on sublimator start-up transient characteristics, including heat transfer performances, response time, and work stability. Results indicated that the fluid loop mass flow rate affected the sublimator heat and mass transfer performances obviously, but the heat rejection ability is not always increase with the increasing of the fluid loop mass flow rate. In addition, we obtained the condition to judge whether there is a positive correlation between heat rejection ability and fluid loop mass flow rate.     

Experimental investigation on operating behaviors of loop heat pipe with thermoelectric cooler under acceleration conditions

An experimental study was carried out in this article to investigate the transient operating performance of a Dual Compensation Chamber Loop Heat Pipe (DCCLHP) with Thermoelectric Cooler (TEC) under acceleration conditions and ammonia was selected as the working fluid. For the purpose of comparison, experimental work was conducted under terrestrial gravity. Sensitivity analysis was performed to explore the effect of several control parameters such as the heat load, acceleration magnitude and TEC assist on the startup and operating performance of the DCCLHP. Experimental results indicate that the DCCLHP can get to a steady-state operation when the heat load changes from 25 W to 300 W under terrestrial gravity. While under acceleration conditions, the DCCLHP can work at a high operating temperature or even fail to operate, which shows the acceleration effect plays a significant impact on the loop operation. The TEC assist with power of 10 W can improve the operating performance and reduce the operating temperature for the case of small heat load and acceleration magnitude. When the acceleration exceeds 3g at large heat load, the effect of TEC assist on the operation at large heat load can be ignored.     

具有发散冷却功能的曲面结构边界层特性实验和数值研究

用实验测量和理论计算相结合的方法,研究了具有发散冷却功能的曲面结构边界层流动和换热特性.半球形实验件由高温合金钢粉末烧结的多孔材料制成,孔隙率和特征尺寸分别为0.37和20μm.实验件外部的热流温度及速度由热风洞的控制系统给定,内部的冷气流量由数字式质量流量控制器给定,外表面温度由NEC TH5104远红外热像系统测量.利用FLUENT软件中的二维、稳态、局部热平衡模型,对实验件进行发散冷却特性数值模拟,并通过与实验数据的比较,验证数学模型和数值方法.      

节流制冷对低温贮箱主流液体控温影响分析

为研究低温流体节流特性及冷量引入对贮箱主流体控温影响，首先对低温流体节流干度和体积含气率进行了分析，结果表明质量占比较小的气相占据了大部分空间体积，对流动速率及换热产生较大影响；建立了节流制冷性能测试平台，采用液氮工质开展了节流前压力为0.3~0.37 MPa工况下的减压降温试验，节流前后降温达到了11.3~14.2 K；在集成节流阀孔的热力学排气系统（TVS）系统中，通过节流制冷使贮箱流体产生了平均6.5 K的温降，将贮箱压力控制在150~160 kPa范围；冷量的引入使主流区液体温度持续波浪式降低，气液界面热分层处的降温效果更加明显。      

空间微小脉冲管制冷机研制

随着空间机械制冷技术的迅速发展,空间脉冲管制冷机在80 K温区整机效率已经优于1 W/18 W（制冷量/输入电功）。针对中国航天未来微小卫星的发展,中国科学院理化技术研究所开展了空间微小脉冲管制冷机的研究,并获得突破性的进展。理化技术研究所研制的宇航级微型脉冲管制冷机,80 K温区制冷量与重量比已经大于1.5 W/1 kg,制冷效率达到1 W/22.5 W（制冷量/输入电功）,在轨设计寿命超过30 000 h,可以与中波红外320×256以下面阵探测器直接耦合。系统介绍了中国科学院理化技术研究所微型脉冲管制冷机的研发过程,并给出了最新的研发结果。该制冷机除了可以实现给中波红外探测器制冷以外,还可以作为辅助热控手段,对220 K以下温区的载荷热控、载荷在轨气体多余污染物吸附等应用提供帮助。     

两层堆叠3D-IC层间液体冷却流动及换热特性

随着电路层的垂直堆叠,三维集成电路(3D-IC)的功耗密度成倍增加。具有良好散热能力的层间液体冷却是一种非常有效的方法。采用数值模拟的方法研究了雷诺数在150～900范围内面积为1cm2,针肋直径为100μm,通道高为200μm,通道间距为200μm的带有层间顺排微针肋两层芯片堆叠3D-IC内流体流动与换热特性。结果表明:与相应尺寸的矩形通道结构相比,带有层间顺排微针肋液体冷却3D-IC具有良好的换热效果。在雷诺数为770时,芯片的功率高达250W,其体积热源相当于8.3kW/cm3；较矩形结构通道,顺排微针肋结构的热源平均温度和热源最大温差只有46.34,13.96K,分别减小了13.26,21.34K。