高超声速推进再生冷却研究综述

简要回顾了高超声速推进再生冷却的发展历程,介绍了高超声速推进再生冷却的基本特点。根据高超声速推进本身特点,从不同层面分析了高超声速推进再生冷却所面临的主要矛盾和难点。在此基础上,就高超声速推进再生冷却系统冷源不足、冷源及热载荷分布不均、系统动态特性复杂等问题的研究进展进行了详细的综述,包括热沉提升技术、超临界化学反应流动换热特性、强化换热技术以及再生冷却动态特性等方面的研究进展以及亟待解决的主要科学和技术问题。基于此,对目前高超声速推进再生冷却未来的发展进行了展望,认为高热沉燃料技术以及组合冷却技术等现有冷却技术的深化研究以及与其它领域技术的结合,是今后高超声速推进再生冷却的发展方向。     

气氮调温器Y型喷嘴实验及数值研究

基于FLUENT软件离散相模型及气体助力雾化模型,采用欧拉-拉格朗日方法研究通过Y型喷嘴雾化液氮的雾化特性.由于液氮液滴的蒸发相变,与水相比喷雾锥角更清晰且明显减小,约为10°,喷雾距离缩短.分析喷嘴气液工作压力对液氮雾化索太尔平均直径（SMD）、液滴体积分数和数量分数的影响.结果表明：SMD沿喷射方向变化幅度极小;SMD主要受气相速度及气液比影响,气压低时气相速度影响较大,气压高时气液比影响较大;由于相变作用,液氮雾化粒径分布更为集中.数值研究Y型喷嘴用于不同流量需求的气氮调温器的调温效果,出口温度低于98K,进出口温差达到12K,且整个出口温差在±1K以内,能够实现精确控温要求.     

舱外航天服热控系统仿真

针对人体穿着航天服处于过热状态下的散热问题，在分别建立人体热调节系统、金属氢化物冷源和液冷服数学模型的基础上，将3个模型进行结合，对舱外航天服热控系统在5．5h的时间轴上进行综合的仿真计算，求出人体各节段的温度分布情况，液冷服的入口及出口水温，金属氢化物冷源的出口水温等参数，分析航天员的热舒适性，对航天服热控系统的设计有一定的指导作用，并为今后进一步的研究打下了基础．     

液氮喷雾冷却换热特性实验研究

通过搭建液氮喷雾冷却实验台,研究了TG6.5型实心锥喷嘴的喷雾冷却特性,分析了临界点附近的过热度和热流密度以及过热度和换热系数的关系,讨论了喷雾面积和喷雾流量对换热效果的影响。结果表明：在换热过程中,随着热流密度的增加,过热度变化可以分为缓慢增加、明显增加和急剧增加3个阶段,并且区间的分布和换热面积的大小关系密切。受核态沸腾过程中气泡的影响,出现最大换热系数时的过热度要小于达到临界热流密度时的过热度。增加喷雾流量能显著提高换热效果;增大热沉面积会降低单位面积内液滴颗粒冲击的频次和强度,换热效果下降。     

低温泵重力式自循环供液系统理论设计方法及计算软件开发

文章分析了空间环境模拟器的低温泵重力式自循环供液系统的工作原理,明确了系统管道中流体的流动状态。对液氮重力式自循环系统设计方法进行研究,给出其理论计算公式和系统设计流程。同时,基于C++软件平台,根据系统理论设计方法开发出一套系统设计计算软件,为低温泵重力式自循环供液系统的设计提供了理论基础和参考依据。     

真空热试验中冷能利用的思考

在大型航天器的真空热试验中,仅从过冷器排除的液氮和低温气氮的混合物就达约5×104 kg,其中蕴涵了108 kJ量级的冷能。文章首先介绍了自然冷能和LNG冷能利用的研究现状,并结合航天器真空热试验的实际情况,研究了试验过程中排气造成的冷能损失,对它的再利用可行性进行了讨论,提出可以采用联合法冷能回收流程,并提出了冷能利用中的几个关键问题。认为:需要解决液氮和低温气氮供应的连续性及找到恰当的二次冷媒,是真空热试验中冷能利用的关键。     

氮气强制对流消除煤油温度分层及其液氮降温系统分析

为找到煤油贮罐降温后的温度分层原因，通过分析煤油贮罐不同深度的温度，结合管道布置走向，发现煤油降温流动过程中存在上部滞流区，导致煤油贮罐形成上部热煤油和下部冷煤油分层。采用鼓泡与泵回流两种方式进行对比试验，结果表明鼓泡能较好消除煤油贮罐在垂直方向上的温度不均，泵回流方式无明显效果。为准确预估降温后的煤油温度，采用不同调温方式进行多次试验，构建了煤油调温目标温度计算模型，作为煤油降温停止的判断准则。鼓泡方法和调温模型已成功应用于天舟一号发射任务，有效保障了煤油推进剂的温度品质。     

液氮和液氧中的箔轴承性能

空间转移飞行器和其它动力及推进系统都需要长寿命的涡轮泵,现在涡轮泵中所使用的滚动轴承无法提供足够的寿命来满足这些应用。在许多高速透平机械应用中,流体箔轴承在较宽的温度和工质范围内,表现出了长寿命和高可靠性的优点。然而在低温工质中,有关箔轴承性能的现有数据还非常少。美国的国家航空和航天管理局(NASA)以及 Allied Sig-nal 空间系统与装备公司(ASE)共同合作研究了片式柔性箔轴承在液氧和液氮中的性能。马歇尔空间飞行中心(MSFC)和 ASE 合作进行内部研究和发展计划,这项工作论证了箔轴承的最小承载量在液氧中是1.834兆帕,在液氮中是2.427兆帕。而且,还得出了箔轴承的直接阻尼系数为7×10~3到8.75×10~3牛·秒/米,为上面级发动机涡轮泵设计的箔轴承在液氮中的阻尼比是0.7到1.4。通过本次试验的结果以及在空气循环机械及其它应用中多年来的成功使用经验,美国准备用片式柔性箔轴承在液氧涡轮泵中进行试验。     

大型空间环模设备液氮系统冷箱设计

液氮系统是大型空间环境模拟设备中的主要分系统之一,液氮流程采用了单相密闭循环、文丘利管、液氮泵增压及阀门冷箱的结构方案。文章重点介绍了阀门冷箱的设计,这是近年来国外大型空间模拟器液氮流程发展的新趋势。