树脂基烧蚀材料细观传热特性预测

低密度树脂基烧蚀材料在近年来的深空探测等航天器上得到了广泛的应用,为了更好地提高其隔热能力,需要对其传热机理进行分析,尤其是基于细观尺度的传热分析可以更好地探究其传热机理。依据对树脂基烧蚀材料的细观结构观测和统计分析,建立了不同尺度的单胞理论模型,并将计算结果与实验值进行比较,给出参数化影响规律。同时,建立了有限元随机模型,与实验值进行比较,并给出了基于有限元的参数化影响规律。结果表明,建立的单胞理论模型与实验值的误差,对于两种树脂基烧蚀材料,分别为12%和7.6%左右,从而验证了建立的理论模型的正确性;随机模型所得导热系数值与实验值误差在10%以内,验证了随机模型的正确性。所建模型和参数化分析所得规律对于树脂基烧蚀材料隔热性能的提高和加工工艺的改进具有重要意义。     

多孔隔热材料内压响应的影响因素分析

针对新型多相隔热材料的结构特征,选取了1.25μm2、.5μm、10μm的纤维尺寸,85%9、0%、95%的孔隙率,不同宏观尺寸的材料简化模型,运用改进的DSMC方法对其进行了数值模拟,旨在分析影响压力响应的众多因素,给出孔隙率、内外压比、纤维尺寸、宏观尺寸等因素对响应时间的影响规律。结果表明,孔隙率对响应时间的影响较大,同一条件下,孔隙率减小,响应时间增大;和纤维尺寸相比,响应时间对内外压比的敏感性相对较弱,内外压比增加,响应时间有所增加;同一条件下,纤维尺寸降低,响应时间增大。     

复合材料在长时间加热条件下的隔热机理

结合长时间非烧蚀热防护的技术需求,在固定壁面温度的条件下,对多孔材料传导-辐射耦合传热过程进行了模拟。结果表明:材料的隔热性能与材料的使用环境及内部结构密切相关,减小内部孔隙的特征尺寸,增加材料的密度和固体材料的比率有利于降低隔热材料的等效热导率,并延长材料达到热平衡的时间;同时达到平衡时,材料的背面温升与背面散热条件密切相关。     

多孔隙隔热材料内压的时间响应

尝试将DSMC方法运用在隔热材料的机理研究中,对多相隔热材料的二 维简化模型分别进行了厚度在1mm、2.5mm、5mm下,不同内外压比下压力时间响应的计算分 析,旨在研究此种材料内部的压力时间响应及其影响因素。结果表明：压力响应时间随内外 压比的增加、厚度的增加都在不断增加。相对内外压比而言,厚度对响应时间的影响比较明 显,而内外压力比相同时,响应时间没有明显变化。在同一压比下,随着材料厚度的增加, 响应时间将呈现非线性增加。厚度在毫米量级时的响应时间约在几十微秒至毫秒量级,响应 时间与厚度近似呈现指数关系。〖JP〗     

化学非平衡效应对返回舱气动特性的影响分析

航天器返回舱再入过程中,高马赫数造成激波层内气体温度急剧升高,由此导致的化学非平衡效应对返回舱气动特性将产生显著影响。而飞行高度和速度的变化影响着化学非平衡过程,进而改变对飞行器气动特性的影响程度。文章通过求解三维Navier-Stokes流体动力学方程,利用耦合化学反应动力学模型对返回舱再入开展数值研究与机理分析,获得量热完全气体模型和化学非平衡气体模型的气动力预测值,分析飞行条件变化时化学非平衡效应对气动特性的影响规律。根据Apollo返回舱的AS-202飞行试验数据验证了计算模型与数值方法。对返回舱的模拟结果表明,高度不变、马赫数增大时,完全气体模型的气动特性预测值不变,化学非平衡效应影响下的轴向力系数、法向力系数和俯仰力矩系数与完全气体预测值的偏差均增大,化学非平衡效应增强;马赫数不变、高度增大时,化学非平衡效应造成的气动力预测值偏差也增大,配平攻角差值略有增加,化学非平衡效应同样增强。机理分析发现,飞行条件变化所造成的化学非平衡流场和压力分布变化是影响气动力变化的主要原因。     

基于高温热管的超燃燃烧室热防护结构

提出了基于先进热管理思想的燃烧室热防护结构.面板采用腔体式平板高温热管，实现面板等温化，降低局部高温区的温度；在热管腔体内部设计燃油冷却通道，实现对超燃燃烧室面板的燃油主动冷却.对其各项性能进行了数值分析，给出了设计参数对系统性能的影响规律，并完成了结构样件研制及石英灯试验考核.典型设计状态下，其单位面积质量为无氧铜面板的35.4%，高温合金面板的38.2%.石英灯局部加热条件下，面板最高温度为1123K时最大温差为80K.相比于传统燃油冷却方式，该型防热结构能够有效提高超燃发动机燃烧室热防护的整体性能，是超燃发动机热防护的一种重要概念.