液体火箭发动机涡轮泵低温空化实验研究进展

涡轮泵是泵压式低温液体火箭发动机的核心部件，素有发动机的心脏之称，其性能提升受空化条件限制。由于低温介质的空化热力学效应，低温空化过程相较于常温水空化更为复杂。首先介绍了低温涡轮泵空化实验系统的理论基础和设计要点，梳理了表征空化热效应的相似准则发展现状。接着详细介绍了目前国际上具有代表性的低温液体火箭发动机涡轮泵空化流动实验系统和相应的代表性研究成果，结果表明以热敏介质替代低温工质开展实验是当前技术发展趋势，但需要控制好不同介质之间的热效应相似换算关系；以先进光学手段和无线数据传输技术为代表的先进测试手段已逐渐被引入空化流场分析中，是值得进一步发展的研究方向。最后对空化热效应理论建模工作进展进行了总结归纳，发现当前的相关工作主要集中在稳态空化性能，针对非稳态特性的理论建模工作进展缓慢，亟待进一步的深入研究。本文可为进一步提升中国泵压式低温液体火箭发动机性能和可靠性提供有意义的参考。     

LEO卫星太阳电池电路原子氧效应分析及试验研究

分析了原子氧环境对低地球轨道(LEO)卫星太阳电池电路损伤效应,得到目前常用的太阳电池电路材料中银互联材料和聚酰亚胺膜对原子氧环境较为敏感。采用20μm的可伐互联片及50μm的银互联片样品,开展原子氧试验研究。试验结果表明:在原子氧总通量为1.7×1022 atoms/cm2以下时,可以选择银互联片作为连接介质,不会因为原子氧侵蚀对互联片产生危害。当原子氧总通量为2.5×1022 atoms/cm2以上时,可以考虑采用可伐互联片。文章的研究结果可为适用于高原子氧总通量的太阳电池电路互联片设计提供依据。     

低温磨料气射流加工PDMS实验研究

通过自研的低温磨料气射流加工装置进行低温磨料气射流加工聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)实验研究,分析了加工时间、加工距离、冲蚀角度和磨料粒径对冲蚀率、孔深和孔横截面形貌的影响。结果表明:随着加工时间的增加,冲蚀率先增大后减小,在第1阶段加工过程中,孔深与加工时间大致呈线性关系,增加加工时间还可使孔底部变平整;存在一个最佳加工距离使孔深最大,当加工距离大于最大加工距离时,孔深将随着加工距离的增加而急剧下降,孔的锥度随着加工距离的增大而增大;当冲蚀角度处于30°～60°之间时,冲蚀率最大,随着冲蚀角度的增加,孔的形状逐步由椭圆形变成圆形;存在一个最佳磨料粒径,使冲蚀率和孔深达到最大;当冲蚀角度小于90°时,低温磨料气射流加工PDMS材料去除机理为塑性去除和脆性去除的结合。     

用于低温试验的多通道高精度铂电阻测温电路

在低温推进剂蒸发量控制等低温试验中,高精度的温度测点数量多,并且要求必要时屏蔽失效的测点,导致调理电路成本较高。为解决上述问题,设计了一种适用于低温试验多通道温度测量的铂电阻测温电路。设计了恒流源电路、放大滤波电路。利用ATMega328P和串口屏开发了通道控制和人机交互界面。用于测温的多个铂电阻与已知参考电阻以同一个恒流源串联供电,通过比例式测量消除了恒流源性能对测量精度的影响。误差分析和测试校准证明其电阻测量精度达到0.05%,可广泛应用于实验室和试验现场的低温测量系统中。     

低温流体汽蚀的数值计算及可视化实验研究

为研究热效应对低温流体汽蚀的影响,选取文氏管为研究对象,进行数值计算及可视化实验研究。低温汽蚀计算模型考虑能量守恒的影响,物性参数随温度变化。使用高速摄影拍摄汽蚀发生位置及汽蚀区大小。热效应对常温水汽蚀的抑制很小为1.14%。液氮考虑热效应计算与实验结果误差为2.64%,吻合较好。由于低温流体的热物性,汽蚀发生伴有显著的温降及压降,汽蚀过程减弱,汽蚀区减小,最大体积分数下降20%,热效应对低温汽蚀的抑制作用明显。低温汽蚀受动量和能量交换的共同作用,液相、气相相互拖拽能力增强,汽蚀核心区由壁面扩展到整个流道;汽蚀区和气液界面的气泡浓度变化梯度更加平缓,气液界面不清晰。     

氟橡胶低温性能改进研究进展

氟橡胶具有优异的耐油、耐高温、耐酸碱、耐高真空等性能,但由于氟橡胶分子链含有氟原子,使其极性增加、耐低温性能变差。本文从分子结构、共混、配方设计、工艺条件4个方面,综述了国内外氟橡胶低温性能改进的途径,着重分析了分子结构与共混。分子结构改进包括在主链或者侧链加入柔性基团,例如氟醚橡胶、氟硅橡胶等;共混主要是指将通过一定手段将其与低温性能较好的橡胶混合均匀。最后,提出了氟橡胶低温性能改进的发展趋势及应用前景。     

液化天然气作为航空燃料的发展趋势及特点分析

为研究液化天然气(LNG)作为航空燃料的可行性,对LNG的特点、发展趋势及作为航空燃料存在的问题进行了分析.采用了横向比较的方法,将LNG与新的航空替代燃料和传统航空燃料进行了比较和计算分析.结果表明:与新的航空替代燃料相比,LNG具有来源广泛、经济性好、发动机适应性强等优点.与传统航空燃料相比,LNG的储量大,可使用100年以上;可燃极限宽、污染物排放低,NOx排放仅为航空煤油的1/4;单位质量能量密度高、成本低,其燃料成本仅为航空汽油的一半,航空煤油的1/3;同时还具有可用于发动机高温部件冷却用的冷能,是一种极富潜力的航空燃料.指出在LNG作为航空燃料方面急需开展动力系统与飞机结构的匹配、燃料相态的有效转化及不同燃料在燃烧室内的反应特性等方面的研究工作.      

基于OpenFOAM的真实流体模型库及均相求解器开发

为了正确认识高压环境下的流体非理想性特征,及其对于低温射流喷雾过程的影响作用,将多种不同真实流体模型写入到开源CFD程序OpenFOAM仿真平台中,编译形成具有广泛通用性的真实流体热物理模型库;并将高压下真实流体特征的影响引入到压力修正算法中;开发出适用于描述超临界环境下低温流体流动过程的均相求解器。对高压下流体热物理性质的非理想性,以及超临界环境下的低温液氮射流喷注过程进行研究。结果表明:高压下的真实流体效应主要体现在低温区域,本文所建立的模型库可以在任意热力学状态范围内正确预测流体热物性;基于此模型库所开发的均相求解器可正确预测超临界环境下低温射流的详细流动特征和结构,而理想气体模型则会大幅低估射流核心区密度分布,中心线上误差高达68.9%;综合考虑计算精度和效率,PR EoS及相关模型更适合于这类超临界流动问题的求解;低温射流跨临界喷注中局部区域所发生的虚假沸腾现象会导致射流温升速率降低、体积膨胀速率加快;射流核心区压缩因子明显1,在数值仿真时必须考虑高压环境下的真实流体效应。     

高长径比银纳米线的制备及其透明导电薄膜性能

为改善产品长径比,本文在经典多元醇法的基础上,经过常压滴注路线和密闭溶剂热路线分别制备银纳米线。详细讨论了反应时间、反应气氛及反应物投料比等相关参数对银纳米线的产率和长径比的影响。发现密闭溶剂热法在缓解环境污染的同时降低了生长过程中的扰动,所得银纳米线平均直径约55 nm,长度约65μm,长径比接近1 200。以之制备的透明导电薄膜的方阻仅6Ω,波长550 nm下透光度为78. 6%,品质因数(FOM)高达246,优于常压滴注路线。     

国外低温复合材料贮箱渗漏性能研究进展

对低温复合材料贮箱渗漏性能的研究背景、最新发展方向、研究现状进行了概述,重点介绍了复合材料低温微裂纹特性、复合材料低温渗漏性能及其机理模型。研究表明:选用低模量碳纤维、减小树脂基体与碳纤维的线胀系数差别、协同提高树脂基体的低温韧性和强度、减少预浸料单层厚度、增大复合材料铺层角度,可以减少复合材料低温微裂纹,从而降低复合材料低温渗漏率。