火星表面热环境对航天器热控影响分析

火星大气对太阳辐射产生吸收和散射作用，同时还将与火星表面航天器发生对流换热。热设计时难以直接评估对流、辐射和导热三种换热对航天器的影响，从而确定主要的控温途径。在调研火星表面辐射、大气等热环境的基础上，从线性化传热系数和对流辐射比的角度对比分析了辐射、对流和导热对航天器的影响。器表辐射传热系数随光学属性和温度的变化范围为0.3～1.4W/(m2·℃)，对流传热系数随风速变化为0.2～1.5W/(m2·℃)，器内导热传热系数可控制在0.25W/(m2·℃)以下。结果表明，太阳辐射较火星表面和天空辐射而言是主要外热源，航天器表面的辐射和对流换热为两条并联换热途径，两者均可成为主要换热途径，器内导热传热是控制航天器内外隔热的主要可控因素。     

耐高温异氰酸酯/ 环氧树脂固化历程与性能

以异氰酸酯为固化剂固化环氧树脂,通过比较不同固化条件下固化物结构的差异,研究了异氰酸酯与环氧树脂的反应历程;改变异氰酸酯/环氧树脂体系的化学计量比(I/E),采用FTIR/ATR、DSC、DMTA等研究了固化产物的结构与性能。结果表明,异氰酸酯与环氧树脂的固化历程随着温度的升高可分为三个阶段,第一阶段为异氰酸酯的三聚反应;第二阶段是一个复杂的过程,首先环氧树脂和异氰酸酯可反应生成嗯唑烷酮结构,通过嗯唑烷酮环扩链得到端畀氰酸酯基低聚物,可继续发生三聚反应;第三阶段为异氰脲酸酯与残余的环氧基团反应生成嗯唑烷酮结构,异氰脲酸酯六元环向噁唑烷酮五元环的转化是一个可逆的过程。不同的I/E比例可得到结构不同的固化物,不同的结构导致固化物性能的差异:当(I/E)=1.8时,综合力学性能良好,异氰酸酯/环氧树脂/玻璃纤维复合材料的弯曲强度、弯曲模量、层剪强度分别为652.53、33270.63和31.66MPa,优于甲基四氢苯酐/环氧树脂/玻璃纤维复合材料力学性能;当I/E=2.0时,固化物T_g达到了305℃,明显优于传统的环氧树脂固化体系。     

Numerical analysis of hypersonic thermochemical non-equilibrium environment for an entry configuration in ionized flow

A theoretical methodology for thermochemical non-equilibrium flow combing with the HLLC (Harten-Lax-van Leer Contact) scheme was applied to study the hypersonic thermochemical non-equilibrium environment of an entry configuration in ionized flow. A two-temperature controlling model was utilized and the Gupta’s 11 species (N₂, O₂, NO, O, N, NO⁺, N₂⁺, O₂⁺, N⁺, O⁺, e^?) thermochemical non-equilibrium model was taken. Firstly, numerical calculations of hypersonic thermochemical non-equilibrium environments for different aerodynamic shapes were carried out to verify the reliability of the method above. Then, the method was used to research the effects of ionization and wall catalysis on the hypersonic thermochemical non-equilibrium environment of the entry configuration in ionized flow. The shock stand-off distance can be reduced by thermochemical reactions but doesn’t continue to decrease significantly when ionization occurs. The shock stand-off distance calculated by the 11 species model is 4.2% smaller than that calculated by the 5 species (N₂, O₂, NO, O, N) thermochemical non-equilibrium model without considering ionization. Ionization reduces wall heat flux but increases wall pressure a little. The effect of ionization on aerothermal loads is greater than that of aerodynamic loads. The thermochemical reactions of electrons and ions catalyzed at the wall increase wall heat flux significantly but make a small change in wall pressure. The maximum wall heat flux obtained by only considering the electrons and ions catalyzed at the partially catalytic wall condition is 11.8% less than that calculated at the super-catalytic wall condition.     

热障涂层在涡轮叶片应用中的热防护有效性

建立了含热障涂层的涡轮叶片简化传热模型,通过理论推导建立了热障涂层的有效性判据,并基于此进行了热防护有效性分析。理论分析与数值实验表明:由热障涂层带来的复合传热表面传热系数的变化会显著影响热障涂层的热防护效果；在发动机典型工况下,对于处于高温区的高压涡轮叶片前缘处,热障涂层引起的复合传热表面传热系数变化率最大值的范围为1.25%~10.83%以满足热防护有效性要求。在工程中应特别注意由于热障涂层的应用带来的复合传热表面传热系数的变化,否则会导致热防护失效,甚至产生反效果。      

高主流湍流度下密度比对涡轮导叶全气膜冷却特性的影响

为了研究高主流湍流度下二次流密度比对涡轮导叶全气膜冷却特性的影响,使用热色液晶测量了在主流湍流度为15%,二次流密度比为1.0和1.5下三维涡轮导叶的气膜冷却效率和换热系数。二次流与主流质量流量比为7.0%和12.5%。结果表明:二次流密度比增大可以降低冷气射流的动量,小流量比工况下,在叶片前缘和压力面前半段,动量较低的二次流在高主流湍流度的影响下更易耗散,增大二次流密度比使冷却效率明显降低;大流量比工况下,二次流动量降低使气膜孔后区域冷气贴附性增强,气膜冷却效率和冷气覆盖效果均得到提升。小流量比工况下,二次流密度比增大对叶片表面换热的影响较小;大流量比工况下,二次流密度比增大使吸力面中弦区域和压力面后半段的平均换热系数比分别降低15%和25%。     

高空飞行环境中液体运载火箭底部热环境研究

采用数值模拟和飞行测试验证相结合的方法对液体运载火箭高空对流/辐射耦合换热问题开展系统深入研究。基于燃气多组分输运Navier-Stokes方程、热辐射方程、Realizable k-ε两方程湍流模型，建立了高空含自由流的运载火箭燃气喷流流动模型。辐射模型采用离散坐标法(DOM)，空间离散采用二阶迎风TVD格式，对多个典型飞行高度火箭底部热流进行大型并行计算，将数值结果与试验数据进行广泛对比，验证了计算模型的精度和有效性。数值研究表明，火箭底部辐射热流在刚起飞阶段达到最大值，随着飞行高度上升，辐射热流逐渐降低，火箭底部对流热流表现为先升高后降低的趋势，并在20 km高空达到峰值。本文的预测分析方法对液体运载火箭底部热防护设计具有重要的理论意义和工程应用价值。     

航空发动机间冷器及回热器发展研究综述

近年来,航空器发展对航空发动机经济性和环保性的要求越来越高,间冷回热循环日益受到关注和重视,间冷器和回热器的研究已经成为发展间冷回热循环航空发动机的关键因素之一。本文简要介绍了间冷回热航空发动机的研究背景,回顾了国内外有关航空发动机间冷器与回热器的换热表面研究、热交换器优化工作、间冷器及回热器与航空发动机整机匹配研究和新型高温热交换器技术,提出了航空发动机间冷器及回热器相关有待深化研究的问题。     

助推-滑行式燃料最优真空飞行轨迹的设计方法

建立了飞行器助推-滑行式燃料最优真空飞行轨迹的最优控制模型,给出了一种更为简单、直观的内点约束条件和横截条件的推导方法,讨论了高效且更为稳定的数值计算方法,提出了两种应用模式,通过与连续推力式和脉冲式飞行方案的比较,说明这种设计方法在节省燃料方面具有优势.     

热处理对激光直接沉积成形A-100钢基体组织及性能的影响

研究了激光直接沉积成形A-100钢沉积态及热处理态组织,通过调整热处理工艺获得激光直接沉积成形A-100钢回火马氏体+回火贝氏体混合基体组织。不同热处理工艺下性能对比结果表明,相比淬火马氏体组织,回火贝氏体+回火马氏体混合组织具有更高的强度,但塑性有所下降。     

新型Al-Li-Cu-Mg合金蒙皮拉伸成形特性试验研究

随着新型Al-Li-Cu-Mg合金蒙皮在航空航天等高技术工业的应用日益广泛,新型Al-Li-Cu-Mg合金蒙皮拉伸成形特性已成为新型Al-Li-Cu-Mg合金板蒙皮成形质量精确控制以及蒙皮设计迫切需要解决的关键问题.因此,首先获得了新型T8态Al-Li-Cu-Mg合金的最佳热处理工艺参数;其次,采用试验方法,研究了不同热处理状态的拉伸成形过程,揭示了新型Al-Li-Cu-Mg合金板材的拉伸成形特性.发现通过固溶处理,后续时效能够显著提高新型T8态Al-Li-Cu-Mg合金材的拉形能力;在新型A1-Li-Cu-Mg合金板材拉形过程,桔皮现象主要出现在补拉阶段,蒙皮悬空区应变值＞0.0215时,板材表面将出现桔皮,且与材料热处理状态无关.