低功率氮氢电弧加热发动机非平衡数值模拟

文章对低功率氮氢电弧加热发动机进行了双温度化学非平衡数值模拟研究,模型中包含总的能量方程和电子能量方程,等离子体组分包括分子、原子、离子和电子等7个组分,采用的化学动力学模型中包含了氮氢组分解离、电离等重要的动力学过程,气体的物性根据当地的组分和温度实时计算。通过计算获得了发动机内部气体温度及各组分数密度分布。结果表明,发动机轴线附近等离子体接近热力学平衡,而在发动机阳极壁面电弧贴附区域等离子体明显偏离热力学平衡;计算获得的组分分布表明电弧加热发动机内存在反混合过程,即发动机内各组分分布与入口浓度分布明显不同。氢组分由发动机中心到阳极壁面沿径向呈现先减小后增大的趋势;而氮组分的浓度分布趋势与氢组分相反;进一步的分析表明,发动机内各组分的扩散主要受到气体解离和电离过程引起的浓度梯度所驱动。     

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。     

高焓化学非平衡流条件下C/SiC复合材料的催化性能

碳化硅陶瓷基复合材料（C/SiC）成为最有希望满足临近空间高超声速飞行器热防护要求的耐高温关键材料之一,其在高焓化学非平衡流条件下的催化性能是评估新一代高超声速飞行器表面气动热载荷,热防护系统精细化设计的关键参数。基于1 MW高频等离子体风洞,采用已建立起的防热材料催化特性试验测试方法开展了C/SiC材料在驻点压力分别为1.0、1.8、3.3和6.0 kPa,焓值为19.3~35.9 MJ/kg范围内的高焓离解空气环境下,在表面温度为1 453~2 003 K范围内的表面催化反应复合效率随表面温度和表面原子压力的变化关系研究。试验结果表明：C/SiC材料在高温条件下的表面催化复合效率应该同时被定义为表面温度、驻点压力和原子分压的函数。根据试验所得到的催化数据,计算了采用C/SiC作为钝头体材料的美国某典型飞行器（飞行高度H=73 km,飞行速度U=6.478 km/s,钝头体半径R_n=410 mm）的气动热环境参数,获得了考虑完全催化和有限催化条件下飞行器表面温度变化历程,结果进一步验证了飞行器热防护系统所承受的气动热载荷以及表面温度响应在很大程度上受到防热材料表面催化特性的影响。     

锥筒型喷管内壁化学铣切工艺优化

锥筒型喷管内壁化学铣切后同一产品不同部位化铣槽深尺寸散差较大,且不同批次产品铣切后槽深尺寸散差波动也较大,对装配后产品稳定性造成了一定影响。分析认为:由于锥筒型喷管内壁零件的特殊性,化学铣切时零件不同部位溶液的扩散能力不同,导致不同部位铣切速率差异较大,最终不同部位铣槽深度散差较大。根据零件结构特点,设计出新型化学铣切转动装置,该装置实现了零件双向组合旋转,显著降低了零件不同部位溶液扩散差异性,提高了产品化学铣切槽深度尺寸均匀性。此外,研究了1Cr18Ni9Ti材料零件化学铣切时,杂质离子对铣切稳定性的影响,并确定了极限浓度,建立了杂质含量与零件铣切数量的对应关系,以此监测溶液质量,提高了化学铣切稳定性。     

天然气定向渗透制备C/C复合材料致密化研究

研究以天然气为主要碳源气体、渗透深度为60 mm、密度分别为0.20、0.56 g/cm3的整体毡和针刺无纬布预制体的致密化;144 h后,针刺无纬布试样的密度达到1.39 g/cm3;504 h后,整体毡试样密度为1.50 g/cm3,针刺无纬布试样密度为1.71 g/cm3,与丙烯沉积速率相比,至少高出1倍。利用工业CT对试样密度分布进行定性分析。结果表明,随着致密化周期的增加,整体毡试样和针刺无纬布试样的内外密度梯度减小;针刺无纬布的密度梯度比整体毡小,其最终密度接近均匀分布。偏光显微镜观察测试表明,两试样的热解炭结构均为粗糙层,随着高温石墨化(HTT)处理温度的升高,热解炭层变得平直,且炭层之间更加致密。     

油气比对超燃发动机点火过程的影响

为了研究油气比对超燃发动机自点火性能的影响,利用二维非定常化学非平衡计算方法模拟了总温2000K,总压3.0MPa,入口马赫数3.0,煤油油气比为0.2和1.0时超燃发动机的自点火过程。具体可以得到以下结论:(1)总油气比越高,燃料传播速度越快;燃料首先沿着剪切层传播至凹槽后缘,之后在凹槽漩涡的带动下向凹槽上游和底部传播。(2)凹槽回流区温度高,点火延迟时间短,低油气比的气体一旦进入凹槽回流区后即可在凹槽后缘和上方点火。(3)火焰从凹槽的上沿和右边向凹槽底部和左边传播。(4)总油气比越高,点火越困难。     

端炔基环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚合成及固化

为改善传统的复合推进剂端羟基黏合剂-异氰酸酯固化体系对水敏感的缺点,对端羟基聚醚黏合剂进行端基改性,将羟基转变为丙炔基,并利用点击化学原理,与多叠氮化合物组成新的推进剂黏合剂固化体系。以分子量约为4000的环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚(PET4000)为原料,对其进行端炔基化,得到分子量约4000的端炔基PET共聚醚(C≡PET4000),在特定催化剂的作用下,与官能度为3.8的某叠氮类固化剂组成固化体系,制备不同催化剂含量和固化参数的胶片,研究了其力学性能。结果表明,端炔基聚醚-叠氮固化剂的黏合剂体系与传统的羟基黏合剂-异氰酸酯固化体系的力学性能相似。     

热点

Greenwash绿漂一种欺骗性绿色营销,指那些缺乏实际技能的公司用毫无实质内容的环保口号进行市场推广的行为,目前这已经是不容忽视的现象。零污染、负碳排放、减排等等这些目前这些很让消费者舒心的词语,被某些公司加以利用进行企业形象推广,却名不符实。生产-销售-回收-再生产,这样的环保循环系统,究竟有多少个标榜自己拥有这样系统的公司能够真正实现?     

C/ SiC 复合材料喷管焊接连接技术研究

C/SiC-金属连接是C/SiC复合材料喷管应用的关键技术.本文综述了上海空间推进研究所对CVD铌和钎焊两种C/SiC复合材料喷管连接技术的分析和研究试验,指出其存在的问题和解决途径以及后续发展的重点.此外,还探讨了工业CT在复合材料喷管焊接连接件的检测情况,说明微焦点工业CT对C/SiC喷管-金属连接件具有较好的检测效果,可以为产品质量评估提供可靠依据.     

CRGT循环燃气轮机性能仿真

采用VC和MATLAB混合编程方法,进行了不同循环燃气轮机的变工况性能分析.其中,采用修正工程算法编制了工质热力性质计算程序,采用反向传播(BP)神经网络法建立了压气机和涡轮部件特性计算模型,采用模块化建模方法建立了简单循环、蒸汽回注(STIG)循环和化学回热(CRGT)循环性能仿真模型.仿真结果表明:在保持燃机几何结构和设计功率不变的条件下,STIG循环和CRGT循环均能降低燃气初温和提高循环热效率.其中,简单循环的热效率为35.16%,STIG循环的热效率可达到45%,CRGT循环的热效率可达到52.8%;为了进一步提高该型燃机的应用潜力和使用范围,可以将该型CRGT循环燃气轮机用于海水淡化应用中.