载人飞船舷窗防热与密封结构的设计与试验

讨论了研制中国载人飞船舷窗防热和密封结构的几个技术难题:1)保证舷窗在返回的高温环境中防热与密封可靠;2)保证窗玻璃材料与周围防热材料烧蚀同步,避免出现局部干扰热流;3)进行多种异质材料,包括透明材料组成的复杂结构温度场的分析计算;4)通过地面模拟试验准确地预测实际飞行条件下舷窗的防热与密封性能。文章阐述了解决这些难点的主要方法和结果。神舟一号至神舟六号的飞行成功表明,舷窗结构的防热和密封性能良好,同时,也给舷窗防热与密封设计技术做了多次飞行验证。     

神舟飞船防热大底结构设计

简要介绍了神舟飞船返回舱上的主要防热部件——防热大底的结构设计特点。从受热、受力和结构合理布局多方考虑,确定防热大底采用大面积烧蚀层和背壁玻璃钢蜂窝夹层结构、整体玻璃钢环的复合结构形式。经过大面积烧蚀计算与温度场分析、局部突起物烧蚀计算与温度场分析、防热大底受气动外压计算分析、静力计算分析以及详细的结构设计,设计出的防热大底较联盟号防热大底轻,结构比“双子星座号”飞船的防热大底简单。经过一系列的地面试验和神舟飞船的三次成功飞行试验,防热大底设计的正确性、合理性得到了充分验证。     

神舟飞船防热结构的研制

从结构方案、材料选择、地面试验等方面对神舟飞船防热结构的研制和某些特点进行了阐述。介绍了防热结构的飞行结果，特别是舷窗、舱盖、天线、姿控发动机等部位的烧蚀情况，证实了飞船的局部防热是十分成功的。     

再入航天器陶瓷拐角环防热计算与结构适用性分析

文章基于近地轨道及探月返回再入热环境,应用超高温陶瓷到再入航天器的典型防热结构,计算分析了再入过程中的防热结构温度场。利用温度场计算结果,再结合超高温陶瓷抗烧蚀性能以及结构设计与工艺性分析,就超高温陶瓷作为再入航天器防热结构的适用性进行了深入探讨。结果表明,由于超高温陶瓷的优良耐高温及耐烧蚀性能,在近地轨道及探月返回再入航天器防热结构上具有良好的应用前景。     

新一代载人飞船试验船发射成功 中国迈出探索浩瀚宇宙新一步

正由中国航天科技集团有限公司所属中国空间技术研究院自主研制的我国新一代载人飞船试验船在海南文昌发射场成功发射并顺利进入预定轨道,标志着中国载人航天工程迈出了探索浩瀚宇宙新的一步。新一代载人飞船是面向我国近地空间站运营、载人月球探测等任务需求而论证的新一代天地往返运输飞行器,具备高安全、高可靠、适应多任务和模块化设计特点,此次飞行试验任务将对新一代载人飞船高速再入返回防热、控制和群伞回收相关关键技术进行飞行验证,将夯实中国人更高效、安全、经济地开展有人参与的深空探测的坚实基础。     

中国新一代载人飞船返回舱热控设计优化研究

文章针对新一代载人飞船返回舱再入过程气动热环境和返回舱传热特性,建立了气动热环境下返回舱动态耦合传热集总参数模型,能够描述返回舱防热层内侧蜂窝板、舱体、设备和舱内空气间的导热、对流及辐射动态耦合换热过程.文章应用该模型对典型新一代载人飞船返回舱气动热环境下的传热特性进行了分析,提出了防热烧蚀层内侧铝蜂窝板表面包覆多层隔...     

热防护材料烧蚀性能测试方法研究

高超声速导弹在大气层中飞行时气动加热严重,防热系统必不可少,而烧蚀型防热是目前应用最广泛的一种防热形式。现阶段利用风洞烧蚀法考核防热材料最为有效,但成本高昂、周期较长,不宜用作材料筛选阶段的考核手段。结合静态高温炉烧蚀法和等离子热流烧蚀法,设计出一种简便易行、热流条件易于调整的热防护材料烧蚀性能测试方法,并利用该方法开展了对几种热防护材料烧蚀性能的考核。实验结果表明,该方法能够模拟热防护材料在服役环境下的冲蚀行为,利用该方法可初步进行热防护材料的配方筛选和防热性能研究。     

石墨/AlSi耗散防热材料喉衬烧蚀试验研究

为提高石墨的耐烧蚀性能,利用压力浸渗方法将AlSi合金渗入石墨孔隙中获得石墨/AlSi耗散防热复合材料。利用小型烧蚀实验发动机开展了不同推进剂和压强工况下石墨/AlSi耗散防热复合材料喉衬和C/C喉衬的对比烧蚀试验研究,总结了推进剂铝含量、燃烧室压强对相对烧蚀性能影响,并分析石墨/AlSi耗散防热复合材料的抗烧蚀机理。结果表明,石墨/AlSi耗散防热复合材料喉衬线烧蚀率低于相同状态下C/C材料喉衬的线烧蚀率,其中在铝质量含量5%、压强12.5 MPa工况中石墨/AlSi喉衬线烧蚀率降低92%。分析认为石墨/AlSi耗散防热复合材料的抗烧蚀机理主要为:石墨孔隙内的AlSi合金通过熔化和气化相变吸收热量,降低了石墨基体的热负载;AlSi合金的熔化后在表面形成的液态膜阻碍了燃气中氧化性成分向石墨基体中的扩散;合金气化产生的Al、Si蒸气在引射作用下注入边界层,与边界层中氧化组分发生反应,降低其中的氧化组分浓度;AlSi合金氧化后形成的Al_2O_3-SiO_2玻璃态熔融层减弱燃气对喉衬机械剥蚀作用。最终石墨/AlSi耗散防热复合材料喉衬表现出优异的抗烧蚀性能。     

轻质碳-酚醛防热材料缺陷类型及影响分析

文章研究了一种新型的烧蚀防热材料——纤维增强纳米多孔轻质耐烧蚀材料的缺陷类型及形成机理。通过对材料的成型工艺、力热性能以及微观结构形貌状态的研究,确定了材料成型过程中可能形成的缺陷类型及其对产品力热性能的影响,并给出了材料的检测方法及合格判据。所得结果可为其他大尺寸整体成型的纳米增强防热材料产品提供检测依据。     

树脂基防热材料烧蚀性能表征的探讨

采用氧-乙炔烧蚀试验研究了传统炭布增强酚醛(钡酚醛)、硼改性酚醛及聚芳基乙炔三种防热材料(C／BaF、C／FB、C／PAA)的烧蚀性能。结果表明，这三种材料的质量烧蚀率和基体树脂的耐热性能一致，数据变异系数Cv较小(7．1％-13．8％)，可作为评价烧蚀材料烧蚀性能的重要指标；线烧蚀率数据的离散系数较大(23．9％-232．5％)。C／BaF和C／PAA材料出现了负的线烧蚀率现象，因此线烧蚀率不适宜作为评价2D树脂基防热材料烧蚀性能的指标。采用质量烧蚀率和烧蚀因子可较好地表征和比较烧蚀材料的烧蚀性能。     

一种快速固化外防热层修复材料配方性能

针对修复某型号发动机外防热涂层局部损伤的难题,研制了一种能够室温快速固化的修复材料,测试了其相关性能及应用。结果表明,该材料的拉伸剪切强度≥8.0 MPa,热导率为0.337～0.368 W/(m·K),线烧蚀率为0.12～0.27 mm/s,质量烧蚀率为0.070～0.091 g/s,室温条件(15～30℃)下12 h即可固化,通过了高、低温循环冲击试验考核,环境适应性良好,能够有效修复外防热层的损伤,是一种综合性能优良的修复材料。     

为返回舱“科学减肥”8.7公斤——中国运载火箭技术研究院703所承担返回舱防热材料及结构研制任务纪实

中国航天科技集团公司中国运载火箭技术研究院703所承担着神舟一号飞船到神舟九号飞船返回舱防热材料及结构的研制生产任务。神舟九号和天宫一号的成功交会对接是首次载人交会对接,意义更为重大。神舟九号需要增加微波雷达、激光雷达、CCD传感器等交会测量设备以及对接机构、燃料等,为此在火箭运载能力固定的前提下,只能通过飞船减重来满足要求。该所通过科学设计,在神七的基础上为神九返回舱成功"减肥"8.7公斤,充分满足了设计要求。     

统一热管理的疏导式防热系统概念研究

对各种防热、热控机理基本规律进行了梳理和研究,认为要进一步提高系统性能,需要进行结构、防热、热控一体化设计。基于这种设计思想,提出了一种将航天器防热、热控和结构相结合的“统一热管理的疏导式防热系统”,在传统防热机制的基础上,加入原先主要用于热控的各种热传输机制,进行防热、热控和结构等子系统间热的统一管理。应用这种系统,可提高防热效果,减轻飞行器的结构重量,减轻高热流区材料与结构的耐温负担,有可能实现长时间、超高速大气层机动飞行器的前缘尖化,还可使整个防热层趋于等温,易于热控处理,减小结构热应力。文章还分析了疏导式防热系统的应用前景,并针对几种典型的航天器（尖鼻锥和尖翼前缘的高超声速巡航飞行器、返回式航天器和载人飞船）提出若干适用的疏导式防热系统的方案设想。     

载人航天器的再入与回收

文中主要概述了美国载人飞船回收技术的发展,介绍了保证载人飞船安全返回着陆的方法、采用的回收控制技术、地面对再入返回段的测控支持、载人飞船的回收作业、载人飞船的应急返回和回收救援等技术问题。     

载人航天器的再入与回收

文中主要概述了美国载人飞船回收技术的发展，介绍了保证载人飞船安全返回着陆的方法，采用的回收控制技术，地面再入返回段的测控支持，载人飞船的回收作业，载人飞船的应急返回和回收救援等技术问题。     

天地一体化的完整体系

中国载人航天工程虽然起步晚，但起点高，从总体上体现中国特色和技术进步，在较短的时间内，以较少的投入，高标准、高质量、高效益地走出了一条具有中国特色的载人航天工程发展道路。 神舟飞船从研制开始就瞄准了国际第三代载人飞船水平，直接采用三人三舱的设计方案，轨道舱可留轨半年，继续进行空间科学实验和技术试验。神舟飞船采用了升力式返回再入，由GNC分系统进行再入过程中的升力控制，这是比弹道式再人更为先进的返回方式，可以大大提高飞船返回着陆点的精度和降低再入过载峰值，减轻航天员返回地面时承受过载的痛苦。     

神舟二号无人飞船发射并回收成功

本刊综合消息北京时间2001年1月10 日1时0分,我国自行研制的神舟二号无人飞船在酒泉卫星发射中心发射升空,10分钟后成功进入预定轨道.飞船在顺利完成预定空间科学和技术试验任务后,已于1月16日19时22分在内蒙古中部准确返回并成功着陆.这是我国载人航天工程的第二次飞行试验,它标志着我国载人航天事业取得了新进展,向实现载人飞行迈出了重要的一步.     

防热复合材料的烧蚀机理与模型研究

烧蚀材料在高温环境中因物理、化学和力学因素造成质量损失，影响其性能。建立相应的热化学和热力学烧蚀模型，分析其传热特性和力学性能的演化规律，建立材料的热毁损判据，是复合材料防热结构设计所面临的重要问题。本文综述了近年来文献中对炭基复合材料烧蚀机理的研究，并对几种烧蚀模型进行了评价。     

中国载人航天技术的历史性跨越

论述了发展载人航天工程对于增强综合国力和民族凝聚力、充分利用空间环境资源、明显降低空间飞行器的成本和风险、促进科技进步和高技术产业发展的重要意义;还论述了飞船研制返回再入升力控制技术、环境控制与生命保障技术、仪表与照明技术、人工运动控制技术、着陆缓冲技术、应急救生技术、回收着陆技术、再入防热技术取得的重大科技创新成果。     

充气式再入航天器结构参数优化及防热试验工程方法

用工程算法对充气式再入航天器的全展开半径,半锥角,刚性头锥半径与全展开半径之比三个方面的参数进行了优化计算,获得同时满足航天器质量,刚性头锥及柔性防热系统温度约束条件的充气式再入航天器的设计方案,计算得到了优化设计方案整个再入过程的外热流密度和温度变化规律,并且通过与文献中数据对比,验证了文中工程算法的正确性。针对再入过程的外热流密度和温度条件,参考充气式再入返回试验(Inflatable Reentry Vehicle Experiment,IRVE)典型防热材料,设计不同的柔性防热系统结构试验件。最后,通过热冲击试验,得到了各试验件冷端的温度响应,验证了各试验件在再入温度条件下防热性能。文章提出的柔性防热系统结构的改进方向,可为充气式再入航天器的设计分析提供参考。