航天飞行器热防护涂层研究进展

近年来,新研航天飞行器气动热环境往往具有高焓、高热流密度和长时间加热等特点,这促使防热材料的研制朝着低密度、高抗烧蚀、优良隔热等性能的方向发展。受自身材料类型的限制,无论烧蚀型(树脂基)或非烧蚀型(陶瓷基)防热材料都可以通过对烧蚀表面进行涂层处理的手段达到弥补材料性能短板,提高使用性能的目的。本文试图梳理、总结国内外近年来热防护系统用涂层材料的发展状况,探讨各自的优势和缺点,并提出了针对树脂基复合材料热防护涂层可能趋势的推测。     

多级最优控制问题的提法与求解变分法的应用

本文讨论多级最优控制问题,给出该问题的数学提法以及变分法求解原理。特别,详细研究了级间分离时刻的连接条件。本文的工作为解决多级最优控制问题提供了途径。     

考虑轨道摄动的外热流计算分析

为改进传统外热流算法未考虑外热流经多次反射后的吸收和国外商业软件未考虑轨道摄动及太阳矢量变化对外热流的影响等不足,重新定义了外热流角系数和外热流辐射传递因子,综合SGP4轨道模型和Gebhart方法,给出了考虑摄动等因素的辐射传递因子和轨道外热流计算模型,以及相应的计算流程。通过仿真分析论证了考虑多次反射及摄动等因素的重要性。     

Aerothermodynamic and stability analyses of a deployable re-entry capsule

Recent research projects, in the field of atmospheric re-entry technology, are focused on the design of deployable, umbrella-like Thermal Protection Systems (TPSs). These TPSs are made of flexible high temperature resistant fabrics, folded at launch and deployed in space for de-orbit and re-entry operations. In the present paper two possible sphere–cone configurations for the TPS have been investigated from an aerodynamic point of view. The analyzed configurations are characterized by the same reentry mass and maximum diameter, but have different half-cone angles (45° and 60°). The analyses involve both the evaluation of thermal and aerodynamic loads and the assessment of the capsule longitudinal stability. The aerothermodynamic analysis has been performed for the completely deployed heat shield in transitional and continuum regimes, while the longitudinal stability has been analyzed in free molecular, transitional and continuum regimes, also taking into consideration the heat shield deployment sequence at high altitudes.     

数值仿真技术在热真空试验中的应用

由于热真空试验中温度测点有限，且关键部位布置困难，不能反映试验过程部件整体和关键部位的温度结果，导致试验有效性和产品安全性难以判断。通过数值仿真技术对试验过程进行模拟，得到所有部件详细温度场，验证试验有效性与产品安全性；发现影响产品温度分布的因素，研究提高产品可靠性措施。通过对某天线热真空试验过程模拟，得到天线详细温度场，并发现产品散热板安装＂不紧密＂缺陷，是影响天线温度均匀性的＂关键点＂。     

可展开式辐射器热控对航天器轨道调整的适应性分析

为提高航天器热控系统对轨道调整的适应能力，本文研究了与流体回路耦合的可展开式辐射器热控方案在不同轨道高度下的热控性能，分析了不同轨道高度时辐射器面临的热环境的影响，在不同轨道高度下比较了固定辐射器与可展开辐射器的热控特性。结果表明，随着辐射器展开角度的变化，辐射器吸收的空间热流随之发生变化，从而对热控系统的散热能力带来直接影响，调节辐射器的角度可以扩大其对外散热能力。在工程应用中，基于热控流体回路，通过调节可展开式辐射器的展开角度，可以有效提高航天器的轨道热适应能力。     

基于特征模型的火箭发动机伺服控制系统设计

以新型大推力火箭发动机为研究对象,提出了基于特征模型的伺服系统控制器设计方法。首先,介绍了特征建模理论并讨论了特征模型参数范围;其次,采用人工蜂群算法实时估计火箭发动机伺服系统特征模型参数,使其满足特征模型输出与实际系统输出特性等价条件;最后,使用黄金分割自适应控制律保证系统在参数估计过程中的闭环稳定性,同时引入前馈跟踪控制律,逻辑积分控制律和逻辑微分控制律使伺服控制系统快速、精确跟踪线位移指令并改善动态性能。仿真结果表明,设计的火箭发动机伺服控制系统指令跟踪精度高,动态特性良好,鲁棒性强。     

某型蒸发式稳定器气动及燃烧特性研究

为解决亚燃冲压发动机在高速低温来流条件下的可靠点火、火焰稳定和高效燃烧问题,对某型蒸发式火焰稳定器分别进行了冷态流场和燃烧流场的数值研究,并与常规V型火焰稳定器进行了对比分析。研究结果表明:在给定范围内,蒸发式稳定器随来流速度的增大,总压恢复系数和停留时间明显减小,回流区长度、回流率和燃烧效率变化不大;与相同槽宽的常规V型火焰稳定器相比,回流率明显减小,总压恢复系数、回流区长度和停留时间略有减小。蒸发式稳定器后部形成明显的回流区,且基本上不受外部主流流动的干扰,通过单独控制稳定器局部供油,可以使稳定器在最佳油气比下工作,有利于在高速来流条件下可靠工作。     

吊挂系统对波瓣混合排气系统气动热力性能影响

为了明确短舱中吊挂系统的堵塞效应对波瓣混合排气系统气动热力性能的影响,采用数值模拟的方法对包含吊挂的混合排气系统进行了定量研究。研究结果表明,受吊挂系统的影响,在波瓣混合排气系统混合段内,存在着一大尺度的回流区,其作用范围随吊挂长度的增加而增加。在性能参数方面,与未考虑吊挂系统时相比,考虑吊挂之后,虽然混合排气系统出口处热混合效率以及推力系数下降很小,最大降幅仅分别为0.017和0.01,但总压恢复系数却显著下降,最大降幅达到了0.03。此外,随着吊挂系统长度的变化,排气系统出口处的热混合效率、总压恢复系数以及推力系数变化幅度小于0.01,变化很小。     

基于MATLAB/Simulink的飞机燃油箱内燃油温度仿真计算

燃油温度是飞机燃油箱可燃性评估的关键参数之一。为了研究飞机燃油箱内温度的分布规律及传热模型的正确性,采用MATLAB/Simulink软件平台搭建出了客机的燃油箱热仿真模型。在输入飞行实验所对应的的边界条件后,通过数值模拟获得燃油箱内部各计算节点处的燃油温度。结果表明,在三种不同的航行条件下,燃油箱热模型仿真结果均能较好地与飞行实验结果吻合,能够将计算误差控制在一定范围内。采用该燃油箱热模型进行热仿真数值模拟可以获得较为准确的飞机燃油箱热特性,能够在飞机设计阶段,用于对燃油箱结构以及内热源部件布置的优化。