Clipper“快船”概念气动特性初探

设计新型高效低廉的运输工具,把有效载荷送入近地轨道是人们不断追求的目标.已成功实现载人天地往返的运输工具包括研制周期长、造价昂贵的可重复使用航天飞机和结构简单、一次性使用的载人飞船两类.为进一步降低发射成本,设计介于航天飞船和航天飞机之间的新型飞行器,集飞船和航天飞机特点于一体的升力再入飞船返回舱也许更为切实可行.俄罗斯联邦空问局提出的可多次使用"快船"概念值得关注,其升阻比高、机动性强、稳定性好、过载低、空间大、成本低,而且可以部分重复使用,代表了未来低成本天地往返运输系统的重要发展方向.     

舱外航天服热试验外热流模拟方法研究

出舱行走所必需的舱外航天服具有复杂外表面形状,其空间外热流极其复杂。文章对舱外航天服在热试验中所采用的外热流模拟方法进行了对比分析研究,结合航天服的特点对热试验中外热流模拟的方式进行了探讨, 论证了用接触式电加热片及红外加热笼两种外热流施加方式的可行性,并通过分析的手段对不同热试验方法中施加的热流和太空中的热流大小及分布进行了对比。     

航天器热平衡试验中的热流测量技术

文章介绍了在航天器热平衡试验中到达航天器表面或被其吸收的红外辐射热流密度的测量技术。     

舱外航天服热平衡试验的外热流模拟方法

适合出舱行走的舱外航天服外形复杂,而且其空间外热流极其复杂,这样如果按照传统的热平衡试验的外热流施加方法,以热流计目标值来调节红外笼各个加热分区的功率将会带来很大的复杂性。为此,本文章提出了采用试验与计算相结合的方式来进行外热流模拟,即通过建立舱外服热试验模型,进行试验外热流分析计算来确定各个红外笼加热分区的供电功率,并根据计算结果对外热流施加情况进行统计和分析。此种外热流模拟方法在节省大量试验时间及成本的基础上,可以准确的计算出试验实际施加外热流与规定施加外热流的偏差值,提高了外热流模拟的准确性。
     

飞行器热气动布局优化设计研究

开展飞行器热气动布局设计方法研究,初步建立了高速飞行器概念设计阶段的热气动布局优化设计方法,通过参数化布局设计技术、气动力、热环境、弹道及优化技术等多学科性能分析及优化方法的综合应用,进行飞行器的热气动布局设计。对带控制舵钝双锥体机动飞行器的设计研究表明,考虑热环境的热气动布局可以在保证升阻比不变的条件下,降低驻点及第二锥身等特征点的轨道峰值热流达30%以上。
     

平板加热数值模拟

针对平极加热工程问题,在PATRAN环境中,应用热流计算公式,通过PCL的二次开发,实现了全参数设计的平板热试验数值模拟,以此进行结构热强度虚拟试验。通过改变灯管与反射板的距离和灯管与试验件表面的距离计算出半板试验件的表面热流。采用全参数设计,可以进行优化计算,优化结果对物理试验装置的设计、加热器的功率选取提供理论参考。     

利用红外加热笼进行低热流模拟的 设计方法研究

在航天器热平衡试验中,散热面区域的低热流密度要求往往难以实现。在以往的试验中,考虑到加热笼覆盖系数对热流密度均匀性的影响,通常选用红外灯阵作为主要的外热流模拟装置。但是红外灯阵体积和热容较大,形状适应性不强,对试验容器空间要求较高。文章利用仿真的手段研究了加热笼的覆盖系数对热流密度均匀性的影响,探讨了利用红外加热笼进行低热流模拟的可行性。     

红外灯阵热流密度不均匀度测量方法的探讨

利用红外灯阵模拟空间外热流前,需对灯阵的热流密度不均匀度进行测试.文章通过实验证实利用硅光电池进行红外灯阵热流密度不均匀度测量是可行的,且负载电阻应尽量小,一般为1Ω.文章还对不均匀度的评价指标进行了分析,建议在使用δ作为不均匀度评价指标的同时,增加一个相对标准差指标δσ,并建议其应小于2.5﹪.     

3 m×2 m结冰风洞热流场品质提高及评估

结冰风洞热流场品质符合性是大型结冰风洞适航应用的基础。为明晰制冷系统性能升级优化对3 m×2 m结冰风洞热流场品质的影响,开展了热流场符合性验证试验,评估了热交换器出口和试验段两位置处热流场品质,给出了气流总温修正关系,形成了热流场控制包线。结果表明:热交换器出口和试验段模型区内热流场品质在主要试验工况下均优于SAE ARP5905指标;与升级优化前（2019年）试验结果对比,优化后试验段模型区内热流场空间均匀性显著增强,尤其在高风速、低总温工况下,模型区内均未出现超标的非均匀峰值点。结冰风洞制冷系统的升级优化显著扩展了3 m×2 m结冰风洞主试验段热流场控制包线,增强了结冰风洞试验模拟能力。     

小尺寸Schmidt-Boelter热流传感器的研制

为满足常规高超声速风洞试验的热流测量需求,研制了一种小尺寸Schmidt-Boelter热流传感器。建立了传感器仿真模型并基于该模型对其结构尺寸开展了优化设计。根据优化结果,制作了尺寸为Φ 3×10 mm的传感器样件。在弧光灯热流标定系统上进行了性能测试,试验结果表明:该传感器灵敏度系数大于30 μV·m2/kW,响应时间约50 ms。