头罩热试验中加热及加载技术的应用与研究

头罩热试验是热试验中经常进行的试验项目，头罩热试验中的加热及加载问题是试验中的难题。针对头罩试验件材料多为陶瓷材料，试验温度高，且要求热与载荷同步施加的特点对试验中的加热、加载方式进行探讨，并介绍相关试验技术在试验中的应用。     

双组元25N推力器脉冲工作模式下的传热特性分析及改进

在离心式双组元25N推力器的脉冲工况温度稳定性试验中,有16%的工况均发生了推力器稳态温度跃迁导致的喷注器头部高温过热的问题。本研究针对该问题开展了深入的机理分析,并通过优化推力器局部传热特性以消除其对于特殊脉冲工况的应用限制和风险。通过液滴撞壁试验,分析了不同条件下推进剂液膜发展的规律和机理:一旦壁面温度达到了莱登弗斯特温度以后,液滴与壁面的换热能力将大幅下降,严重影响液膜冷却的效率。通过Amesim软件进行的传热仿真进一步表明,一旦因为热回浸现象导致雾化液滴与涂层壁面的作用机制发生变化,进而影响冷却液膜的形成,就会使推力器的温度分布从正常的第一稳态进入无液膜的第二高温稳态。仿真结果基本复现了热稳定性试验中出现的故障模式。针对该故障机理改进了喷注器的结构导热性,将喷注器的花篮连接结构的导热面积增加了1.5倍,可以有效分担液膜的热流负担,抑制液膜进入莱登弗斯特态,使得推力器的脉冲工作可靠性大幅提高,令温度稳定性试验的通过率提升至100%。     

实用化壁面切应力测量技术的综述与展望

本文围绕“实用化”这一主题对低速条件下常用的壁面切应力测量方法进行综述。实用化壁面切应力测量技术指的是能够方便、可靠、经济地测量运载工具局部摩阻的方法。具体包括天平法、近壁速度法、普莱斯顿管法、图像法、热膜法等。在实用化过程中，现有的测量方法展现出各自的优缺点，其中缺点包括：不便于安装、使用与维护；传感器对运载工具姿态、振动、加速度、温度变化等因素有过大的响应；传感器无法标定或标定结果不唯一；传感器结构强度弱、易损坏、易被污染或易氧化变性；传感器昂贵导致无法实现大规模部署，等等。这些缺点限制了实际应用。本文分析了多种方法的特点和局限性，介绍了应用案例，并评估了实用化潜力。本文重点介绍了新型双层热膜摩阻测量技术。该技术利用一种具有上、下两层金属膜的双层“三明治”热膜传感器测量壁面切应力，两层热膜在相同的温度下协同工作，这样下层热膜“封堵”了上层热膜产生的热量，使其仅传给流体，进而解决了困扰该技术发展的热损失问题。该方法可根据上层热膜的发热量直接计算壁面切应力的大小，这一“免标定”特性提高了测量的便利性及可靠性，令其具有良好的实用化前景。     

液体姿控火箭发动机地面试验热结构分析

以液膜冷却结合辐射冷却的液体姿控火箭发动机为研究对象,采用一体化计算模型分析传热,同时应用有限元方法对给定温度条件的热结构进行了耦合分析,最后讨论了推力室在外压作用及温度载荷条件下结构的屈曲稳定性.计算结果与参考的试验结果接近,最高温度误差为3.67%,说明该一体化计算传热模型的有效性.考虑热载荷作用得到的屈曲载荷值较...     

高温燃气热环境模拟方案仿真研究

提出了利用亚声速高温燃气流进行近空间高超声速飞行器气动热环境地面模拟的试验方法,在试验装置试验段,亚声速高温燃气流引射常温空气,使试验中头锥温度分布符合某高超声速飞行状态下气动热分布的规律;应用FLUENT对12种试验工况进行了数值分析,计算结果表明此设备方案下头锥驻点温度低于燃气温度,改变设备引射比可以实现试件后部区域温度的大范围调节,设备可以在一定精度内对高超飞行器相关部件进行气动热环境模拟.      

结构热试验中的加载技术

结构热试验是为了解决飞行器在高速飞行时出现的“热障”问题而发展起来的地面模拟试验技术，通过模拟飞行器在飞行中的热环境和气动载荷来检验其对飞行器结构的影响。针对结构热试验中的几种加载方式进行了探讨，并在头锥热载联合试验及仪器舱热在联合试验中进行应用。     

拉压垫——杠杆系统加载方法研究

基于结构强度试验中小翼而双向加载的实际需求，介绍了现有加载方法局限性，提出了新的加载方法的设计思路，设计了拉压垫——杠杆系统，在模拟试验中验证了拉压垫—杠杆系统的加载方式的可行性，并在型号试验中得到应用。     

卫星推进系统温度均衡性控制方法研究

卫星推进系统在轨需要进行温度控制,尤其需要对推进系统的贮箱、管路温度进行合理的控制。针对小卫星、微小卫星热控资源紧张的情况,以及当前的热控设计方法在不同温度环境分布的推进系统应用中存在的温度分布不均的情况,提出了一种优化的推进系统热控设计方法。在常规热控设计方法中考虑测温点最小值的同时,考虑了测温点的最大值因素,并根据最小值、最大值与控温区间的关系确定加热回路的开/关关系。采用本方法在整星热平衡试验中对推进系统进行了温度控制验证。试验结果验证了同时考虑控温区间上限和下限的热控设计方法的可行性和合理性。卫星在轨飞行阶段的推进系统参数验证了该温度控制方法能获得更好的推进系统温度分布均匀性,并保证了工作温度区间上限的裕度。     

火箭燃气射流温度分布的实验研究

为了优化火箭发射承载设备的设计，使其避免燃气射流的热损坏。采用细丝热电偶测温的方法，实验研究了某型火箭固体发动机燃气射流的总温分布。结果表明，温度—时间历程曲线中存在若干相对稳定状态，对应于发动机的工作过程的不同阶段，得到了可能发生热损坏的温度分布区域。实验得到的温度分布与理论结构基本相符，与数值模拟存在一定差异。文中简要分析了细丝热电偶的测量误差。     

冲压发动机燃烧室壳体静热试验局部失稳变形分析

对静热试验中某发动机燃烧室壳体的局部失稳变形的试验现象进行了描述,为探究其失稳变形产生的机理,对试验测得的温度数据和应力数据进行了分析,并对静热联合作用下的应力分布进行了有限元的计算,找到了引起静热联合试验中燃烧室壳体产生局部失稳变形的主要原因,并给出了解决该类问题的几点建议。     

在三维湍流边界层中摩擦应力的测量研究

本文给出了V形壁面热膜测量物面摩擦应力的方法研究。实验表明该技术对三维湍流边界层中的摩阻测量是一类有效的方法。从本实验的数据可以看到,壁面热膜在二维湍流边界层中得到的校测函数能够直接用于三维湍流边界层的摩擦应力测量。     

可倾瓦径向滑动轴承绝热瞬态过程分析

为了研究可倾瓦径向轴承在载荷扰动下的绝热瞬态行为.对瞬态油膜压力和温度分布采用了时变的Reynolds方程和能量方程, 建立了轴颈及瓦块动力学方程.应用有限差分及Newton-Raphson法对方程联立求解, 模拟了阶跃载荷冲击工况下可倾瓦径向轴承热瞬态非线性响应过程.给出瞬态过程中油膜最高温度、最小膜厚等参数的变化规律.结论认为瞬态过程中, 油膜温度和膜厚变化量较大, 油膜温度和膜厚响应有一定的超调量, 瞬态过程中有可能因油膜温升过高或膜厚太小而导致失效.      

考虑认知不确定性的热防护结构瞬态温度场分析

瞬态温度场不确定性分析对高超声速飞行器热防护设计与评估有着重要的意义。本文考虑材料热物性参数的认知不确定性因素，提出了一种瞬态热传导温度响应的不确定性分析求解方法。首先，通过拉丁超立方抽样获得不确定性参数样本，将样本参数写入有限元计算文件中，用区间来表征参数的认知不确定性。其次，基于蒙特卡罗方法及有限元计算得到结构的不确定性瞬态温度响应曲线集。最后，以波纹夹芯热防护结构为例验证方法的可行性。研究结果表明，当结构有净热量流入时，由材料热物性参数的不确定性引起的瞬态温度响应的不确定性区间不断增大，并且瞬态温度响应的不确定性区间宽度与结构的温度变化具有正相关特点。     

表面热膜在空气动力学实验中的应用

测量壁面剪切应力的大小和方向,对附面层进行深入的实验研究,是空气动力学工作者十分关注的一个课题。表面热膜,为这一课题的研究提供了新的途径。本文是在对表面热膜进行研制和实验的基础上写成的,结合典型的实验结果,阐述了表面热膜的基本实验方法和应用范围。     

落震试验机轮水平载荷测量方法的改进

分析了三点支撑落震平台的受力情况，考虑了平台的刚体惯性力及通过实测标定的支撑柱与平台之间的摩擦力，从而改进了现有落震平台测量机轮水平载荷的方法，并在落震试验中得到实际应用。     

肼混合物胶体推进剂的热分解特性研究

为了评估肼混合物胶体推进剂的热安全性,采用差示扫描量热仪(DSC)和绝热加速量热仪(ARC),对肼混合物胶体推进剂的热分解特性进行了研究。DSC的实验结果表明,在2,5,10和20K·min-1四种升温速率下推进剂的初始热分解温度分别为185.73,227.20,230.37和245.19℃;根据DSC的试验结果,利用Kissinger法计算得到热分解活化能为181.80k J·mol-1。在ARC实验中,肼混合物胶体推进剂在理想绝热条件下的初始分解温度为180.58℃,最大温升速率达到0.6237°C·min-1,绝热温升为227.92℃,最高温度为408.50℃,计算得到其热分解活化能为121.77k J·mol-1。比较DSC与ARC的试验结果,两者基本一致;热分析试验中推进剂先经历相变吸热过程,再进行分解放热。     

热容燃烧室基于单点温度的热流测量方法研究 *

为了研究推力室内壁面与燃气间的传热特性,获得多喷嘴燃烧室内壁热载分布,从而为推力室设计及热结构分析提供参考,开展了热容燃烧室壁面热流测量方法研究。以位于距内壁一定距离位置的单点测量温度作为输入条件,文章提出了三种热流计算方法,并进行火箭发动机试验研究,得到了对应位置燃气对内壁的热流密度。可以看出,运用单点方法得到的热流密度与传统两点法结果符合较好,两者计算结果误差在10%以内。结果显示:不同点火时长工况下在同一位置相同时间点上重复性很好,在燃烧室圆柱段热流密度随着点火时长的增加而减小,而在喷管段变化规律则相反,热流密度随时间增加而增加。在提出的计算平均热流的三种方法中,热积累方法的计算结果最高,热平衡方法次之,瞬态法最低。在火箭发动机热容试验中,本文提出的方法可以用于测量燃烧室内壁面热流密度。     

航空发动机主轴承热分析边界条件处理方法

为了提高航空发动机主推力球轴承热分析的计算精度,对轴承的摩擦发热和对流换热边界条件进行了分类及研究。应用ANSYS有限元分析软件,采用将摩擦热按体积生热率处理和将摩擦热按热流密度处理的2种不同方式,对边界条件进行了加载,分别对试验器状态的发动机主轴承进行了热分析计算,并与试验测量结果进行了对比。计算结果表明:采用表面效应单元加载热流密度的方式得到的轴承温度分布更理想,内部热点温度更集中,热点温度比按体积生热率加载的高。2种边界条件处理方法均已应用到航空发动机润滑系统热分析中,提高了航空发动机润滑系统热分析的准确性。     

航空发动机高压涡轮工作叶片热疲劳试验研究

为考核工作了一定时数的某型发动机高压涡轮工作叶片在更换涂层后的抗冷、热疲劳性能,进行了热疲劳考核试验。试验中,实现了低压条件下对复合冷却叶片温度载荷的模拟,并记录了各部位裂纹发生、扩展的情况,为复合冷却叶片的热疲劳性能分析积累了宝贵的资料。     

数字图像相关法在平板热屈曲试验中的应用研究

将基于非接触全场光学测量方法的数字图像相关法应用于网格加筋平板热屈曲试验。为了减小结构热屈曲试验中石英灯辐射加热设备和高温物体自身热辐射的影响,采用单侧加热单侧测量并通过光学滤光技术成功获得了瞬态气动加热环境下典型网格加筋平板的全场热变形,分析得到网格加筋平板在特定力载荷和支持边界条件下的热屈曲临界温升,此种非接触式高温数字图像测量方法可以作为判定结构热屈曲的重要手段。试验结果表明,数字图像相关法适用范围广、抗干扰能力强、测量精度高,在结构热屈曲试验领域具有重要的应用前景。