飞行器表面三维流场与固壁温度场的耦合分析

分析了飞行器表面温度场形成的物理机制,建立了飞行器蒙皮温度场耦合计算的理论模型,较为完整的考虑了各种热源对飞行器蒙皮温度的作用.采用有限体积法和重整化群RNG(Renormalization Group)k-ε湍流模型对流场求解N-S方程,蒙皮固壁中采用热传导模型,采用离散坐标法DOM(Discrete Ordinates Method)计算蒙皮固体壁面对外界大气的辐射.通过数值计算研究了飞行高度、马赫数和内热源对蒙皮温度分布的影响,以及高度及马赫数对飞行器表面气动加热的作用.结果表明,该方法适合考虑飞行器外部流场、固壁等多种热源作用的温度场数值模拟.     

再入飞行器最小加热气动外形

本文应用熟知的附面层换热关系式和高超音速牛顿压力分布,导出表面总热流率和再入飞行全过程的总加热量计算公式;在给定弹道系数不变的前提下,运用经典变分方法,求解具有约定长细比以及具有约定长细比和约定容积条件下的层流、湍流最小加热外形,并导出约定底部直径和约定容积条件下的层流最小加热外形解析表达式.计算结果表明,平头旋成体可以最大限度地减小再入飞行器的总热流率和再入飞行全过程的总加热量.     

碳纤维增强石英作辐射防热盖板的评估与研究

对纤维增强陶瓷在辐射防热结构中充当外部辐射盖板的特性进行了评估。以返回航天器典型的力学环境和热环境为依据,对碳纤维增强石英进行了试验研究,包括小平板再入热模拟试验、大尺寸热结构件的常温振动、常温冲击、低温振动、低温冲击和再入加热等项目。一系列试验证明,碳纤维增强石英既保留了陶瓷耐高温、隔热好的优点,又克服了陶瓷固有的脆性,因此,在返回舱上作防热材料颇具潜力。     

地球轨道卫星再入大气层气动加热计算

本文从工程设计角度出发,叙述地球轨道卫星再入大气层的气动加热问题,给出气功加热工程计算方法,并画出典型计算结果。本文可供卫星再入防热系统方案设计和初步设计使用。     

深空环境下热防护材料的研究及应用进展

随着对太空探索的深入,空间飞行器所面临的环境也越趋恶劣:太空飞行过程中的高温羽流防护,高速返回再入过程中高温气动加热;长时间日光下飞行会使飞行器表面温度越来越高;一些星球上高温的大气环境导致人类现有制造飞行器的材料无法抵挡。本文搜集国内外先进热防护系统研究资料,了解重点发展方向,介绍了我国神舟飞船热防护材料以及已经开发出的新型轻质高效热防护材料,为我国今后用于恶劣环境下的飞行器材料提供一些信息和材料基础。     

高温燃气风洞加热特性仿真分析

提出了利用亚音速高温燃气流进行近空间高超飞行器热环境地面模拟的试验方案,在试验装置试验段,通过高温高速的燃气流引射低速的冷气流,达到仅使飞行器头锥驻点附近区域产生局部高温而其余头锥蒙皮表面低温的目的.对某型高超音速飞行器的头锥利用高温燃气进行加热并利用CFD(Computational Fluid Dynamics)方法对13种模拟工况进行了数值仿真分析.将数值模拟计算结果与飞行器在高超音速飞行状态下对应机体部位气动热的理论计算值进行了对比,证实了亚声速高温燃气热环境模拟方法的可行性,为高温燃气地面模拟设备技术方案论证提供了依据.      

返回式卫星防热罩的分离动力学问题

本文对返回式卫星有关分离防热罩的动力学问题进行了研究.给出了初始分离速度大于最小分离速度情况下,防热罩速度和位置随时间变化的计算公式;提出了有效尾流长度的概念;推导出了所需最小分离速度的直接计算公式.文中的方法对于具有零攻角底部中心弹射分离情况下的其他类型的再入飞行器也是适用的.     

冰晶云对航天飞机再入的潜在威胁

美国航宇局正在研究航天飞机再入时,高空中罕见的发光冰晶云对防热瓦和飞行控制造成危害的可能性。最初的模拟实验是在约翰逊航天中心进行的。实验表明,再入轨道器以高超音速通过这种云层时,会发生很大的导航误差,以及极危险的俯仰和滚动。轨道器高速再入到达气动加热最严重的高度时,这种冰晶可能会对轨道器的防热瓦产生剥蚀。美国和苏联宇航员夜间观察地球时,偶尔也看到过闪光的云层。对这种现象,人们还不是很清楚,但苏联的研究者显然比美国     

蒙皮热辐射特性对平流层浮空器氦气温度影响

分析了平流层球形超压浮空器在运行高度所受的各种环境辐射,研究浮空器处于热平衡状态时辐射传热、对流换热的作用规律,建立了浮空器的热平衡模型,分析太阳辐射、地面反照、地面辐射等环境辐照因素对浮空器全天各个时刻蒙皮材料和内部氦气平均温度影响,对比了吸收率、发射率和吸收发射比等辐射参数对浮空器热性能的影响.分析结果表明:具有低吸收发射比的蒙皮材料具有较好的热控效果;对于吸收发射比相同的蒙皮材料,具备低吸收率特性的蒙皮材料热控效果更为明显,更适用于长航时平流层超压浮空器.分析结果对浮空器蒙皮材料选择和总体设计具有指导意义.     

弹道式再入航天器的烧蚀防热结构设计

介绍弹道式再入航天器烧蚀防热结构设计,文中说明了方案、材料选择、设计和分析计算。最后评价了这种防热结构。     

小发动机燃气流火焰温度测量

小发动机是在高温条件(≈1800℃)下进行头部防热材料模拟试验的设备,是为解决导弹弹头再入大气层时的防热问题而研制的。本文叙述了用光学法测量小发动机燃气流火焰温度、燃气流中模型前端的激波温度及不同材料的模型表面温度。实验表明:不同材料的模型,其表面温度不同。文中对测温误差进行了初步分析。     

航天飞机轨道器高级隔热层

轨道器在航天飞机系统里是最关键的部分,它长37.2米,高17.4米,翼展23.8米。轨道器在再入大气层时,为了使摩擦阻力减至最小,采用了头朝下的方式下降,这与以前载人飞船的再入方法不一样。航天飞机轨道器进入地球大气层时,因与空气发生猛烈摩擦,在它的底部会产生巨大的热量。由于轨道器构架和它的蒙皮基本上都是     

外加正交电磁场等离子体中电磁波透射特性

在基于磁流体动力学和电磁波传播理论的基础上,针对航天飞行器再入过程中的黑障问题,提出了一种物理模型.利用数值分析方法,研究电磁窗周围的电子密度在不同的飞行器轴向距离下,随着飞行器法向距离增加呈现出的变化趋势;改变外加电场和磁场的交叉角度,分析不同角度下电磁窗周围电子密度的变化趋势;研究有外加正交电磁场的电子密度与无外加...     

再入飞行器制导与总体参数的一体化设计

研究高超声速再入飞行器制导/总体参数一体化设计问题.论述飞行器总体设计中气动特性、姿控能力、防隔热水平、伺服能力、质量、结构强度、战标等总体参数对制导的影响,指出高超声速再入飞行器外形及制导的特点决定了在概念设计、方案设计阶段就需要考虑制导需求.以某飞行试验为背景,开展制导总体方案论证,协调飞行器总体参数与制导方案,给出高超声速再入飞行器制导/总体参数一体化设计的途径,为再入飞行器的工程研制提供思路.     

再入飞行器标称攻角优化设计

再入飞行器的标称攻角在弹道规划以及飞行器覆盖能力分析中起到重要作用,由于再入飞行中气动加热严重,过载和动压约束严格,给标称攻角的设计带来很大困难.针对弹道射面内最大纵程和最小总热载荷问题,在考虑热流、动压和过载约束下分别进行标称飞行攻角的优化设计.首先将过程约束转化为对控制量攻角的约束,将需要优化的标称攻角通过分段线性函数参数化,把最优控制问题转化为4个参数的寻优问题,然后利用遗传算法获得参数的初始猜想,并设计序列二次规划(SQP,Sequential Quadratic Programming)算法求解.仿真结果显示该方法能够快速获取再入标称飞行攻角,为再入轨迹优化和制导总体设计提供参考.     

高超声速飞行器一体化防热与热控设计方法

围绕高超声速飞行器所遭遇的"热障"问题,阐述了防热与热控系统一体化设计的思想,指出将机身结构、防热与热控系统、推进系统耦合在一起进行一体化设计是解决"热障"问题的有效途径,并提出了不同任务需求的高超声速飞行器防热与热控系统方案思路.介绍了部分防热材料的性能,指出了在设计中选择防热材料的原则.对防热与热控系统的优化方法进行了探讨,指出了防热与热控系统一体化设计中涉及的关键技术,举例说明了防热与热控一体化设计的基本流程.      

高超声速三维化学非平衡流动的数值模拟

高温非平衡化学反应对高超声速再入飞行器绕流流场的气动热特性有较大影响.通过采用有限体积NND(Non-oscillatory, containing No free parameters and Dissipative scheme)格式求解三维N-S方程,分别计算了小攻角条件下球锥的完全气体粘性流场和化学反应非平衡气体流场.比较并分析了化学非平衡作用对三维高超声速钝头体绕流流场的影响.所得结果与国外文献结果符合的较好,证明了计算方法与程序的有效性和实用性.      

不平坦的航天器“回家”之路

正对于空间站或者其他大型近地轨道航天飞行器来说,有进入轨道的时候,终究也会有完成使命,再入大气层,重回地球怀抱的时候。本文要和大家一起探讨如下几个问题:为什么要选取航天飞行器的再入埋葬区域?目前,地球上最理想的再入埋葬点在哪里?在人类技术发展史上,有哪些惊险刺激的再入事件,或者说,有哪些航天飞行器的再入过程在如今依然是值得我们细细品味的呢?     

高超声速滑翔飞行器再入段制导方法综述

针对高超声速滑翔飞行器再入飞行段,回顾了制导技术的发展历程和研究现状。建立了高超声速滑翔飞行器运动模型,并分析了再入段的路径约束、终端约束和地理约束。将再入制导方法分为三类：标准轨迹制导方法、预测-校正制导方法、混合制导方法,分别对研究现状进行了综述。然后,专门针对侧向平面制导方法进行了讨论和分类,根据飞行任务不同分为了常规约束的制导问题与附加地理约束的制导问题两类。最后,对再入制导方法进行了总结,并结合未来高超声速滑翔飞行器的任务需求,展望了再入制导技术的发展方向。     

空间与地面炉内压力和加热功率对炉内温场的影响

天宫二号空间综合材料实验装置的炉内压力和加热功率均影响炉内温场.针对空间与地面对比实验,分析了炉内压力和温场相同时炉丝加热功率的变化,以及炉内温场和炉丝加热功率相同时炉内压力的变化.地面实验时,炉内气体被炉丝加热后,由于重力作用产生对流,从而影响炉膛温度.炉内压力为1atm时,空间与地面实验的加热功率比约为97.5%.空间实验时,由于对流效应减弱,炉内压力变化对其最高温度影响减小.空间与地面的对比实验结果表明,地面炉内压力为空间炉内压力（1atm）的50%时,空间与地面实验的加热功率和温场等参数接近一致.这对于空间高温材料实验装置设计具有重要指导和参考意义.