高超声速飞行器热防护与热管理综合分析方法

高超声速飞行器面临严苛的气动热载荷,不仅给机体结构的设计带来了困难,也为舱室的综合防热设计提出了挑战,高超声速飞行器的热防护设计与舱室热管理系统的设计高度耦合,需要采取一体化的手段进行分析和设计。从高超声速飞行器内-外热耦合的传热过程出发,建立了耦合分析舱室综合防热问题的数学模型。并结合设定的舱室和飞行任务曲线进行了仿真优化计算。结果表明,采用热防护和热管理耦合的分析方法,有助于综合选取最优的隔热层厚度和液氮冷却控制策略,使舱室热问题的综合代偿达到最优。该方法能够用于快速开展舱室热问题的综合参数优化,可以满足概念方案设计阶段开展热防护和热管理综合分析的需要。     

高超声速飞行器舵面作动器舱环境设计及应用

针对高超声速飞行器热结构区域作动器舱环境控制相关技术进行研究,包括耐热结构可重复使用防热设计、外部热结构的作动器舱热防护构型设计和作动器舱动密封设计等。根据舱体的不同部位采用隔热式、辐射式和热沉式的防热构型,而作动器与舱体的运动间隙密封则采用一体式动密封构件。通过隔热特性分析、承载能力分析和热设计仿真分析等手段,优选出合理的热防护系统的适用参数。     

高超声速飞机电子设备舱热模型构建与仿真计算

高超声速飞机电子设备舱的温度场分析需要考虑外部气动加热、舱体热防护系统导热、内部热控系统传热,这三者之间相互影响,热耦合性强。目前对飞机电子设备舱的热分析研究尚没有针对这种热耦合的有效解耦算法。文中针对隔热型热防护系统和以液氮为热沉的相变热控系统为研究对象,建立了电子设备舱隔热层、电子设备、舱内温度场、液氮相变等热力学模型,实现热的解耦计算。完成了高超声速飞机电子设备舱温度计算,并开展了数值模拟方法与该方法的对比分析,表明该方法有效解决了气动加热、舱体热防护系统导热、内部热控系统传热三者间的热耦合计算问题,而且计算速度快、计算精度较高,可以满足概念设计阶段需要。     

民用飞机的分舱布置设计与分析

民用客机的分舱布置是飞机总体定义的关键参数之一,其对相关专业开展具体方案的研究有很大的影响。描述了一般民用客机的分舱方法及分舱过程中可能遇到的问题,并介绍了适航条款、系统的发展、发动机布局形式等对飞机分舱布置的影响,对我国民用飞机的分舱设计有较大的参考价值。     

复杂环境下起落架舱电缆组件设计与探讨

基于复杂环境下的电缆组件防护设计问题,以某型飞机为例,从电缆组件的组合防护、电性能防护、力学特性防护、分叉处的防护、电磁兼容防护、外部防护、与插头等部件连接处的防护等方面给出了复杂环境下的起落架舱电气线路互联系系统(EWIS)电缆组件防护设计方法,该方法已通过某型飞机装机使用和验证,证明能够满足电缆组件设计的腐蚀防护、电磁防护、防水密封、机械防护、适航等要求,并可以提高飞机电缆组件所控制系统的安全性和可靠性。     

飞机整体瞬态热状况的数值仿真研究

 在分析飞机内外热环境的耦合传热机制基础上,建立了描述飞机整体瞬态热状况的物理数学模型。引入壁面热流函数,将飞机蒙皮外的气动对流与辐射换热作用转化为舱内热分析的浮动热边界条件,实现了飞机内外耦合热作用的解耦计算,避免了难以实现的直接耦合求解。采用区域分解技术,将飞机整体分解为特性不同的多个求解区域。采用蒙特卡罗法求解舱内设备之间的辐射换热,采用热网络法求解设备内部及各设备之间的辐射-导热-对流耦合换热。利用该方法对某型飞机飞行过程中的瞬态热状况进行了数值模拟,获得了飞机舱内的瞬态温度场,分析了相关因素的影响,为飞机设计及相关研究提供了重要依据。     

飞机结构密封与失效修理

为提高飞机增压舱的密封能力,给出了飞机结构密封失效的修理程序、方法、试验验证、典型结构密封的措施等,以求达到增压舱正常加压和减缓机体腐蚀发生,保证飞机在寿命期内安全飞行。     

基于TLBM-FVM耦合的飞行器舱内热环境跨尺度预测方法

舱内热环境的有效预测是优化飞行器热控与防热设计、减小系统冗余并保障飞行器热安全的重要基础。在国家数值风洞（NNW）工程支持下,针对目前舱内热环境多尺度、多机制复合传热特点及其数值预测面临的精度与效率提升难题,发展了多区域协同推进的时空耦合模型及流/固界面的自适应分辨率识别算法,建立了基于热格子Boltzmann方法（TLBM）与有限体积法（FVM）相互耦合的舱内复合传热跨尺度预测方法,开展了典型飞行器仪器舱的综合热分析,验证了耦合方法的计算精度及效率。研究表明,相关方法可实现舱内热环境的局部精细化与整体大规模的协同模拟,用于开展整体自然对流与设备局部热量传递的多尺度数值模拟,掌握不同环境参数对舱内热质传递过程的影响规律,从而为飞行器热防护/热管理一体化设计提供重要技术支撑。     

基于实测数据的飞机平台动态温度预计模型

准确预计飞行过程中飞机平台诱发的温度,可以为提出机载设备环境适应性要求,开展环境适应性设计和试验验证提供更精确的输入。为此,对飞机舱室的热形成机制进行了研究;考虑多种因素对飞机各舱室热环境的综合影响,提出了一种基于实测数据的飞机平台动态温度预计算法;依据所建立模型,以平飞状态为切入点,用线性回归的方法估计并拟合了模型系数随高度、马赫数变化的函数;最后,对模型进行了修正及验证。模型验证结果表明,建立的动态温度预计模型可较准确地预计飞机设备舱内温度随飞行状态变化的曲线。误差分析结果表明,模型对某型飞机95%置信度下的预计误差不超过4.5℃。     

飞机口盖设计要求标准研究

论述了飞机口盖设计要求标准编制的必要性,对飞机口盖分类、总体布置、结构设计、连接、密封、防差错以及油箱口盖进行了研究,提出了口盖设计要求。同时给出了口盖要进行的相关试验项目、方法及要求,以便规范口盖设计,减少差错。     

机载综合热管理系统控制特性分析

以简化的机载综合热管理系统作为研究对象,对系统在不同控制模式下的变化特性进行分析,为系统控制方案的研究提供了理论依据.利用数学模型和计算机模型相结合的方法建立起一种以燃油为主要热沉,具有空气/燃油换热器、燃油/PAO(聚α烯烃)换热器等主要元器件的机载综合热管理系统整体模型,并提出一种模糊自整定的PID(比例-积分-微...     

旅客机座舱热舒适动态特性仿真

巡航飞行时,旅客机座舱内相对湿度和空气密度都低于地面建筑物环境。低相对湿度会造成更高的蒸发热损失,低密度空气却会减少对流换热,在这2种因素的复合作用下,会使座舱内热舒适性与地面建筑物有所不同。针对传统旅客机环境控制系统不能完全满足座舱内舒适性要求的状况,提出一种直接以舒适指标PMV为控制目标的热舒适控制策略,应用集总参数法建立了座舱热舒适动态特性模型,并采用仿真方法研究了分别以PMV和温度作为控制目标时,座舱内热舒适的动态特性。仿真结果表明,舒适控制能更好地满足座舱内的热舒适;此外与地面建筑物环境相比,需要更高的空气温度才能使座舱达到热舒适。     

大型飞机座舱温度控制系统控制律设计

大型飞机座舱温度控制系统具有温度控制非线性、强耦合、大迟滞性等特点,对控制律设计提出很高要求。根据系统设计要求,结合执行机构动作特性,提出了一种新型座舱温度控制律。系统控制方案采用压气机出口温度控制、组件出口温度控制、座舱供气温度控制和座舱区域温度控制四级控制;压气机出口温度目标值根据大气环境温度确定,座舱供气温度目标值根据座舱区域温度控制误差确定,组件出口温度目标值根据座舱供气温度目标值中的最小值确定;使用专家比例-积分-微分(PID)控制方法设计各级温度控制器,温度控制器的设计融入了解耦控制算法和系统保护控制逻辑,控制周期由各级温度控制响应特性确定。系统地面试验与飞行试验结果显示,该座舱温度控制系统响应速度快,抗干扰能力强,控制精度高,满足系统设计要求。     

An equivalent ground thermal test method for single-phase fluid loop space radiator

Thermal vacuum test is widely used for the ground validation of spacecraft thermal control system. However, the conduction and convection can be simulated in normal ground pressure environment completely. By the employment of pumped fluid loops’ thermal control technology on spacecraft, conduction and convection become the main heat transfer behavior between radiator and inside cabin. As long as the heat transfer behavior between radiator and outer space can be equivalently simulated in normal pressure, the thermal vacuum test can be substituted by the normal ground pressure thermal test. In this paper, an equivalent normal pressure thermal test method for the spacecraft single-phase fluid loop radiator is proposed. The heat radiation between radiator and outer space has been equivalently simulated by combination of a group of refrigerators and thermal electrical cooler(TEC) array. By adjusting the heat rejection of each device, the relationship between heat flux and surface temperature of the radiator can be maintained. To verify this method,a validating system has been built up and the experiments have been carried out. The results indicate that the proposed equivalent ground thermal test method can simulate the heat rejection performance of radiator correctly and the temperature error between in-orbit theory value and experiment result of the radiator is less than 0.5 C, except for the equipment startup period. This provides a potential method for the thermal test of space systems especially for extra-large spacecraft which employs single-phase fluid loop radiator as thermal control approach.     

战斗机座舱动态温度快速计算软件开发

座舱温度是开展座舱舒适性评估的设计输入,飞机结构的复杂性和飞行工况的多变性为座舱温度的精确计算带来了一定困难,为解决复杂飞机结构,不同工况下的座舱温度快速、精确计算问题,采用集总参数法,结合传统传热学理论,构建了座舱动态温度快速计算数学模型,并基于 VB编程语言,开发了战斗机座舱动态温度快速计算软件,并对设定的飞行任务剖面进行了座舱热载荷数值模拟,结果表明软件计算结果与实测结果较为吻合,同时软件具有较好的通用性和可操作性,为后续开展座舱热舒适性的快速评估提供了工具支撑。     

座舱蒙皮外表面气动加热的物理仿真研究

座舱蒙皮外表面气动加热的物理仿真是座舱热特性试验研究的重要基础。把平行射流理论应用于座舱蒙皮外表面气动加热的物理仿真,提出了气动加热物理仿真的新方法。该方法能够满足座舱动态热特性物理仿真的需要,且在人力、物力上较省。提出了用数学仿真控制座舱热特性试验的方法。这些方法已成功地应用于飞机座舱热载荷和热特性试验中。     

座舱盖疲劳试验温度控制技术研究

针对某型歼击机座舱盖加温加载疲劳试验要求,应用计算传热原理建立座舱盖及风挡对流加热/冷却试验系统传热方程。本文概述了试验模拟系统温度场均匀性设计以及温度控制方案等关键技术。