基于铜蓄热的Ka频段相控阵天线热控技术研究

针对搭载于长征七号上面级的Ka频段相控阵天线尺寸小、热功耗大、工作模式不确定,需热控系统兼具天线工作期间的散热和长时间不工作期间的保温,需要采用相变材料或高热容材料进行蓄热的问题,考虑该上面级对重量相对不敏感但对经济性敏感的特点,通过对比铜和相变材料、电加热和增加热控开机,设计了一种"铜蓄热+新增热控开机"的热控方案。开展了全箭热分析计算和相控阵天线热平衡试验,验证了方案的正确性,飞行遥测数据证实了数值计算和试验的有效性。     

泵压式发动机瞬态热试验方法

上面级泵压式发动机结构复杂、在轨飞行时间短,因此其热设计的验证比较困难。文章针对发动机自身特点提出了瞬态热试验方法,通过对发动机复杂外形包络面规则化、分区构建绝热型热流计("黑片")热模型快速提取试验外热流,采用符合发动机外热流瞬态变化趋势的"光照区+地影区"分段阶梯式外热流加载策略。试验温度测量结果表明:发动机热控设计和热分析模型正确;在此基础上修正初温后可对在轨飞行温度给出更准确的预示。     

上面级在发射轨道的辐射外热流分析

研究发射轨道的外热流是进行火箭上面级和卫星热控设计的基础。文章给出了基于一组轨道和姿态参数的太阳矢量与地球矢量的计算方法。针对圆柱外形的上面级,分析了其发射轨道外热流的变化规律,利用该计算方法计算了太阳矢量,而太阳矢量在长时间滑行段相对固定,太阳矢量和受晒因子随发射时间而发生大幅度的变化,使得外热流工况变得非常复杂。通过对太阳定姿且绕箭体纵轴慢旋,可改善火箭上面级的飞行热环境,简化卫星和上面级的热控系统设计。     

“新视野”探测器热控设计特点分析及启示

"新视野"探测器是第一个用于探测冥王星、冥王星卫星以及柯伊伯带其他天体的航天器。其在发射、在轨飞行和探测过程中经历了复杂多变的热环境,热控系统须保证探测器及器上仪器设备在适宜的温度范围内正常工作。文章介绍了该探测器热控系统的总体设计方案,重点分析了热控设计的依据、特点及其带来的启示。     

输送管壁温对膏体推进剂燃速的影响

膏体推进剂作为一种新型特种推进剂,具有广阔的应用前景。膏体推进剂燃速直接影响发动机内弹道性能,研究输送管道壁温对推进剂燃速的影响具有重要意义。采用幂律本构方程表征膏体推进剂粘度,Arrhenius方程表征温度对粘度影响,并利用中心有限差分格式对控制方程进行离散。对恒定壁温下的膏体推进剂与管道间传热特性进行数值仿真,并进行了数值验证。结合仿真结果,并借鉴固体推进剂初温与燃速关系,分析了热管道内膏体推进剂燃速特性。结果表明：近壁面加热层厚度随入口速度增高而减小,随管径增大而增大,管内膏体推进剂平均燃速较入口温度条件下有所提高,同时,高温壁面条件下,近壁面推进剂温度高于爆发点,需要考虑管道内的防窜火措施。     

基于发动机高模试车的高温隔热屏热模型修正技术

与常压环境地面试车相比,发动机高空模拟试车的热源分布更接近于实际飞行工况,本文通过搭载高模试车验证了高温隔热屏设计的正确性。通过考虑高温隔热屏层间气体导热和接触导热等,对高温隔热屏的传热模型进行了修正,其计算结果与高空模拟试车搭载试验结果的误差较小。在考虑真空引射背景红外辐射以及真空舱内气体与发动机及隔热屏的导热后,利用修订的高温隔热屏的当量热导率,进行了上面级高空模拟整机热分析,进一步提升了热模型的分析精度。     

某上面级银锌电池热控设计

对某上面级供电系统采用的5块单体数量、放电电流均存在差异的银锌电池进行热控设计，以保证其工作参数稳定。首先用真空绝热量热法获得了1块典型电池的热容量及其不同放电电流下的热功耗变化规律；然后，测量过程中采取有效的漏热控制措施并精确测量系统的实际漏热量，以确定系统漏热对测量精度的影响；最终在测量分析的基础上，采用不同红外发射率的热控涂层进行组合的方式实现了上面级电池的热控设计。遥测数据表明上述热控设计下各电池温度处于常温温区，热控效果均满足要求。     

管路加热带安装工艺试验研究

针对推进剂管路加热带缠绕工艺流程复杂、工艺参数不定量的问题开展试验研究，结合工程实践经验，采用试验矩阵方法研究获取绝缘膜包覆状态、涂胶厚度以及气泡对加热效果的影响。结果表明，内绝缘膜无交叠缠绕、外绝缘膜间隙缠绕、利用专用刮胶板控制涂胶厚度约0.2 mm等工艺方法可以减少气泡的产生，有效提升加热带对管路的加热效果，满足产品质量要求，该试验结论可为后续管路加热带缠绕及其他加热片安装提供参考。     

复合材料气瓶热防护材料隔热性能试验研究

以复合材料气瓶热防护材料的耐高温及隔热性能为研究对象，通过真空舱模拟上面级飞行段的真空环境，采用石英灯阵模拟热源，对两种热防护方案开展真空热试验，分析了不同材料（组合）、多层隔热组件不同单元的隔热性能及其差异产生的原因。结果表明两种防热方案都可使气瓶壁面温度满足不超过70 ℃的温度要求，其中“柔性隔热毡+中温多层”组合防热结构的耐温和隔热性能更优，并通过理论计算与试验值对比验证了热仿真计算中的不确定性，试验结果可为后续型号防热设计提供参考。