高超声速飞行器表面温度分布与气动热耦合数值研究

针对高超声速飞行器热防护设计中的高温气体非平衡效应问题和气动热环境精确预测问题,基于流场的非平衡Navier-Stokes方程、表面的能量守恒方程和内部的热传导方程,考虑流场的非平衡效应、表面的热辐射效应、催化效应和烧蚀效应以及热防护层内部的热传导效应,建立了初步的表面温度分布与气动热的耦合计算方法,完善了高超声速飞行器气动物理流场计算软件(AEROPH_Flow)。在表面材料为碳-碳(C-C)条件下,对飞行高度为65km和飞行速度为8,10km/s的半球以及飞行高度为50km和飞行速度为8km/s的球锥模型,开展了表面温度分布与气动热的耦合计算,验证了计算方法和计算软件,分析了表面温度分布对气动热环境的影响。研究结果表明:表面温度分布对气动热的计算结果有较大影响,在气动热环境的预测中,不仅要考虑热化学非平衡效应和表面催化效应的影响,还要考虑表面温度分布的影响,最好是采用表面温度分布与气动热耦合计算的方法,以减小表面温度分布对气动热计算结果的影响。为此,需要发展完善非平衡流场/表面催化和烧蚀/热传导温度场(气/表/固)的计算模型、耦合求解技术和计算软件,实现对高超声速飞行器的真实飞行条件下高温气体非平衡效应和气动热环境的精确模拟。     

大型枢纽机场中转水平评估研究

为了有效评估我国枢纽机场的中转水平,全面掌握枢纽机场发展中所面临的问题,构建了大型枢纽中转水平评估模型,并以中美欧三个国家和地区典型的大型枢纽为例进行实证分析。研究表明,与美国和欧洲大型枢纽的中转水平相比,我国大型枢纽的中转水平仍有很大差距;我国国内中转航班的中转水平远远低于美国,国内国际互转航班的中转水平与美国相当,国际转国际航班的中转水平高于美国;与欧洲三大国际枢纽的中转水平相比,我国北京首都机场与国际相关的水平中转仍有所不足。     

卫星ATM网络中自适应FEC情况下的有效带宽估计

针对采用自适应前向差错控制（AFEC）的卫星异步传递模式（ATM）网络，研究了两种有效带宽估计方法。由于AFEC码率的动态特性使业务实际的传输速率具有不固定性，因此估计有效带宽时要考虑AFEC的影响。首先针对一般卫星时变信道和多码率AFEC情况下的卫星ATM，应用流体近似方法分析了有效带宽的计算，然而该方法要求的条件及计算复杂度均比较高，应用中有局限性。以此方法为基础，提出了采用修正因子的估计方法。数值结果表明采用修正因子的有效带宽估计方法比较简单可靠，适用面较广。     

含灰气体平板气动加热实验研究

利用灰尘激波管入射激波后平衡区两相流开展平板传热实验。在低灰尘负荷率、来流分别为亚声速和超声速流条件下测量平板在零攻角及小攻角（α＝３°）情况沿轴向的热流分布。     

攻角传感器的热失效分析与设计方案改进

根据压差归零式攻角传感器的工作原理、结构及工作条件，结合实际经验，分析了该传感器的主要失效因素，并重点分析了热失效问题；探讨了飞行中传感器探头加热器与环境之间的热交换情况。     

THE PREDICTIONS OF CONVECTIVE HEAT TRANSFER ON TURBINE BLADE AIRFOIL BY USING LOW－REYNOLDS NUMBER TURBULENCE MODEL

ＴＨＥＰＲＥＤＩＣＴＩＯＮＳＯＦＣＯＮＶＥＣＴＩＶＥＨＥＡＴＴＲＡＮＳＦＥＲＯＮＴＵＲＢＩＮＥＢＬＡＤＥＡＩＲＦＯＩＬＢＹＵＳＩＮＧＬＯＷ－ＲＥＹＮＯＬＤＳＮＵＭＢＥＲＴＵＲＢＵＬＥＮＣＥＭＯＤＥＬＴＨＥＰＲＥＤＩＣＴＩＯＮＳＯＦＣＯＮＶＥＣＴＩＶＥ...     

扰流柱对层板冷却叶片前缘传热

根据涡轮导向叶片进、出口条件,运用RNG k-ε湍流模型对简化的层板冷却叶片前缘部分进行数值模拟计算,比较了冲击双层壁和带有圆形、方形、菱形扰流柱的4种层板冷却叶片前缘的流动与传热情况。结果表明:冲击双层壁的总压损失与带扰流柱的层板冷却叶片前缘的相差不大;方形、菱形与圆形扰流柱的靶面换热系数分布相近,差别很小;带扰流柱的层板结构叶片前缘的冷却效率比冲击双层壁的前缘的高,其中方形扰流柱的前缘表面的冷却效率最高,菱形、圆形的次之。     

微型脉冲推力器点火启动过程计算与点火药量选择

建立了微型脉冲推力器点火启动模型,模型中考虑了两相流动和颗粒对推进剂表面的冲击传热。根据数值计算结果,给出了不同产物颗粒含量下的点火药量选择参考范围。该参考范围对于产物颗粒含量小于50%的点火药是适用的;由于过多的颗粒含量将对装药表面产生强烈的热力冲蚀破坏作用,产物颗粒含量超过50%的点火药不适合微型火箭发动机。     

天基激光移除空间碎片仿真平台研究与开发

为了从空间碎片和天基移除系统两方面分析激光驱动碎片变轨过程,优化移除任务规划和策略,基于真实的可观测空间碎片数据,设计并开发了一套天基激光移除空间碎片三维数值仿真平台。首先从总体设计出发,对三维数值仿真平台的需求分析、总体框架、模块功能进行了明确的描述。其次通过对激光驱动空间碎片变轨过程数学模型的分析,确定了各模块的具体实现方法。最后采用C++/Qt开发了三维数值仿真平台,通过仿真验证了设计平台的有效性。该仿真平台可用于不同天基平台和目标碎片的任务规划、碎片分布热点区域和航天器防护区域的方案设计及空间环境治理体系的优化设计。     

低成本多小天体并行交会技术

小天体资源开发方兴未艾,为降低开发风险和成本,需要发射无人探测器交会观测多个待选目标小天体。传统多目标探测方案存在无法多次交会、成本高,周期长等不足。提出的低成本多小天体并行交会技术,能够对多小天体探测任务进行解耦,实现基于微纳飞行器的低成本多目标并行交会勘查,从而降低探测成本,缩短探测周期。该技术结合行星借力与不变流形机制构建了低能量星际转移方案。然后引入扰动流形思想,使微纳飞行器能够实现与目标小天体的快速交会。进一步,提出了一种多目标小天体探测全局搜索方法,该方法基于在日地halo轨道上停泊的微纳飞行器集群,逐次确定小天体探测目标,并利用上述方法完成了多微纳飞行器与多小天体的交会。数值仿真结果表明,该方案能够大幅度降低转移过程的燃料消耗,并缩短转移时间。