返回式卫星烧蚀热防护机理与数值模拟

详细讨论了低温炭化材料的质量损失和吸热机理。利用分层模型,给出具有不同物理和化学特性的各层的能量守恒关系。用积分法给出各层热防护的数值模拟,数值模拟计算结果与一维热传导解析解结果一致,亦与地面烧蚀实验結果一致。     

空间多层打孔隔热材料热分析数值方法研究

分析了空间多层打孔隔热材料中导热和辐射换热的复合传热问题,建立了关于反射屏的能量方程。结合有限差分法,提出了空间多层打孔隔热材料反射屏瞬态温度计算的模型以及内部辐射数值分析模型,空间环境作为整个模拟中的一个屏,使模型的边界条件方便处理。将该模型的预测结果与文献中相似工况下的预测值和实验值进行比较,说明了该模型在工程中应用的可行性。另一算例的计算结果说明了空间多层打孔隔热材料的瞬态温度、漏热热流变化特点以及反射屏温度分布特点。该模型为多层打孔隔热材料热结构性能研究以及优化设计提供了理论基础。     

塞式喷管热试实验和数值模拟

以气氢／气氧为推进剂,对三单元直排塞式喷管发动机进行了热试实验和数值模拟研究.介绍了实验系统及实验发动机主要零部件的结构和设计参数,给出了实验参数测量结果、实验照片和数据分析.数值模拟研究了塞式喷管的流场特点,数值预示了实验塞式喷管发动机的高度特性曲线.无再生冷却塞式喷管发动机采用耐烧蚀材料钨渗铜加工内喷管和燃烧室内衬,碳钢材料加工塞锥.使用爆震波点火器点燃多个单元推力室,成功进行了热试实验.在2个压比下获得了塞式喷管性能数据,实验表明,塞式喷管具有良好的高度补偿能力和较高的喷管效率.在C_NPR=50附近,效率达到92％~93.5％;在C_NPR=350附近,效率达到95％~96％.预计在设计点的效率不低于98％.      

空间材料实验炉的模拟热分析与地面试验分析

空间材料实验炉的温度分布对空间材料制备至关重要.通过对用于天宫二号空间实验室材料实验炉的物理模型进行合理简化,建立了三维传热数值计算模型,测量了实验炉材料的热物性参数,并根据地面试验工况进行模拟热分析计算,其结果能够很好地与地面试验结果吻合.采用模拟计算的方法分析样品物性参数对炉膛和样品中温度分布的影响,对实验炉的隔热部件进行优化设计,进而对炉体外表面温度进行了预测.数值仿真计算弥补了实验中测温点不足的问题,有助于进一步了解样品的温度分布,同时为实验炉隔热优化设计和安全运行提供了依据.      

基于单胞代理模型的热弹性点阵结构优化方法

三维点阵材料是一种具有多尺度特性的新型轻质多功能材料，其有千变万化的微结构和高孔隙率，通过设计其细观尺度特征可以获得优良的宏观性能。为了发挥材料与结构的最大设计潜力，提出一种热弹性点阵结构优化方法。在材料细观研究尺度上，实现了三维点阵材料等效热弹性性能预测，利用周期性边界条件下的代表体元法进行数值求解，利用径向基函数代理模型构建细观结构和宏观材料性能的数学关系，并进行了预测误差验证，证明了所提方法具有良好的精确度。在结构宏观研究尺度上，建立了以等效材料填充的结构优化模型，考虑了热力载荷作用，以单胞等效性能代理模型作为材料插值模型，提出最小应变能热弹性点阵结构优化数学模型。在典型三维算例中得到了细观结构变密度分布的优化结果，结构热刚度在一定体积约束下显著提高，证明了所提方法的有效性。     

带防热层复合材料锥壳热固化变形的数值模拟

采用数值模拟方法研究带防热层缠绕成型复合材料锥壳热固化变形的形成机理和影响因素.建立了带防热层复合材料锥壳热固化变形预测的三维有限元程序.计算结果表明:外层防热材料和内层结构材料热膨胀系数不匹配是引起壳体固化变形的主要原因.提出在内层和外层之间增加中间过渡层的方法控制壳体的固化变形,中间层材料为丁腈橡胶片时可使固化变形减小20%以上.采用数值模拟方法讨论了中间层模量、厚度以及缠绕张力对壳体固化变形的影响,分析结果表明:固化变形随中间层模量的增加而增加,随中间层厚度的增加略有减小;缠绕张力释放增加壳体的固化变形,缠绕张力越大引起的固化变形越大.     

热解气体燃烧对炭化复合材料烧蚀热响应影响规律

在近空间高超声速飞行器飞行时间长、马赫数不断增加的发展趋势下，热防护与轻量化的矛盾越来越突出。基于此，开展了热解气体燃烧对炭化复合材料表面烧蚀影响的相关数值模拟研究，并与风洞试验结果进行了对比。结果表明：热解气体的燃烧可降低炭化复合材料表面的烧蚀厚度，并且随着气动热的增加，热解气体燃烧对材料表面碳的保护作用越来越明显。研究成果可为下一代近空间高超声速飞行器热防护系统的优化设计提供技术支撑。     

基于硬脂酸复合相变材料的被动热沉性能

固液相变储能材料的被动热沉广泛应用于航空航天及军事装备领域。针对高热流密度电子芯片的被动温控问题,对比实验验证了单温度和双温度2种数值模拟方法对基于泡沫铜/硬脂酸复合相变材料被动热沉控温过程模拟的准确性。结合基于Maxwell-Garnett模型的EMT建立了石墨烯纳米片/硬脂酸复合相变材料物性,采用更为精确的双温度数值模拟方法分析了不同导热强化方式的控温效果,并研究了环境温度对热沉控温效果的影响。结果表明:高热流密度下的相变温控过程采用双温度数值模拟更为精确;当导热增强体的体积组分相同时,提高泡沫金属的孔密度对相变温控效果提升有限,而同时采用泡沫金属与石墨烯纳米片能更有效改善相变控温效果;环境温度的剧烈变化对温控时间和控温温度均能产生影响。      

引脚式表面贴装元件的数值热分析

建立了四边引线塑料扁平封装(PQFP, Plastic Quad Flat Package)数值热模拟的详细模型和简化模型,实验验证了这两种模型的模拟精度.对PQFP在机载恶劣环境下的稳态热性能进行了研究,分析了影响元件内、外热阻的各种因素.结果表明,内部采用多层结构设计是改善PQFP元件热性能的最佳方案,而在采用强迫空气冷却时,空气速度不应大于5m/s.对承受脉冲形式热载荷和环境温度随时间变化两种情况下的PQFP元件进行了瞬态热特性研究,获得了芯片结点温度随时间变化的曲线,可用于研究元件因过热引起的热应变、热损坏和电信号失真,为改进和优化元件热设计提供科学依据.      

防静电白色热控涂层的空间环境性能试验

通过在氧化锌晶格中掺入重金属离子，得到具有防静电功能的白色颜料，再以丙烯酸树脂为粘合剂制备出空间飞行器外表面用的ACR－1防静电白色热控涂层；研究了空间环境效应（包括紫外辐照，电子和质子辐照）对该热控涂层太阳吸收率的影响并与有机硅白色热控涂层进行了比较，地面模拟空间环境试验研究结果证明，ACR－1防静电白色热控涂层具有良好的空间稳定性。     

缝隙流动分析及其热环境的工程计算

分别对不同外界流动条件下缝隙内的流动及其形成机理进行了探讨，确定了狭窄缝隙内的流动结构和缝隙内气体的传热过程，经过适当而合理的简化，得出了缝隙内气体的传热模型及热环境计算模型。用有限差分方法对缝隙内热环境进行了数值计算，得出不同外流条件下缝隙内热环境受外界气流影响深度与来流参数的关系曲线。从缝隙流动机理方面说明了计算结果的合理性。并对缝隙内热环境的计算结果进行了试验验证。分析和试验证明，提出的计算方法具有工程实用精度。     

返回式卫星的热控设计

介绍我国返回式卫星热控设计方案。根据我国返回式卫星的特点,描述了热惯性法在热设计中的应用。地面热试验数据与飞行遥测温度数据比较表明,两者一致性良好,热控系统工作正常,星体与星内仪器温度均较好地处于所要求的范围内。     

有机硅热控涂层在模拟空间环境下的原位性能

研究了热控涂层在地面模拟空间环境下的性能变化：原位测定了紫外、电子辐照过程中热控涂层的性能变化；考察了K2SiO3包覆ZnO情况对涂层性能的影响；用扫描电镜（SEM）对辐照前后涂层表面微观形貌的变化进行了观察。结果表明，无论是缩合型的硅树脂还是加成型硅橡胶，在加入ZnO填料后，耐紫外辐照的能力都有明显的提高；不同种类涂层在真空紫外辐照作用下表现出不同规律。硅酸钾包覆ZnO对于有机硅树脂和加成型硅橡胶作基料的热控涂层影响也不同。加成型硅橡胶制备得到的热控涂层有非常优异的抗电子辐照性能。     

国外低吸收辐射比有机温控涂层发展概况

长期以来,低吸收辐射比有机温控涂层是人们着重研究的一类重要的卫星被动温控涂层,这类涂层应具有低的太阳吸收率α_s,以及高的热辐射率ε_n,即涂层必须有低α_s/ε_n值。而旦,涂层在宇宙环境中应保持该性能的长期稳定性。本文概述固外低α_s/ε_有机温控涂层的研制情况。     

通信卫星隔热屏热控涂层的研制及应用

介绍了ＧＤ２及ＧＤ２Ａ两种涂料型热控涂层的组成、工艺、性能，并讨论了影响涂层性能的因素。实验结果表明，涂层性能稳定并达到了热控设计的要求。这两种涂层已成功地应用于中国通信卫星的隔热屏上。     

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。     

基于改进蚁群算法的飞行仿真转台的控制优化

提出了一种用改进蚁群算法优化飞行仿真转台非线性PID控制参数的新策略,借助相遇搜索策略和信息素残留系数的自适应控制思想对基本蚁群算法进行了改进,设计了一种基于改进蚁群算法优化飞行仿真转台非线性PID(NLPID)控制参数的飞行仿真转台系统结构,在对非线性PID控制参数进行优化时采用了时间乘以误差绝对值积分最小性能指标,最后将用改进蚁群算法优化后的控制参数应用于某型高性能飞行仿真转台。实验表明,采用改进蚁群算法优化非线性PID控制参数的飞行仿真转台系统可从带噪声的输入信号中合理地提取出微分信号,并且对噪声具有很强的滤波作用,整个系统响应速度快,并具有较强的鲁棒性。     

碳纤维抛物面反射器的热变形测量技术和位移分析

为了解决卫星碳纤维复合材料抛物面天线的热变形问题,本文提出了利用应变片测量应变分布、然后计算位移的方法。文中介绍了将应变片应用于—180～120℃温度范围的碳纤维复合材料结构的热变形测量技术。最后进行了碳纤维抛物面天线反射器的真空冷热交变试验。     

航天器热网络模型及其系数修正方法

叙述了目前航天器热网络模型与航天器实际换热之间的偏差,提出了利用航天器稳态热平衡试验结果进行热网络模型及其系数修正的方法。通过对某仪器舱热平衡试验数据的处理,实现了对该仪器舱热网络模型及其系数的修正,并对修正的结果进行了讨论。     

智能电网框架下高级测量系统软件的多层结构设计

基于目前提出的AMI系统存在的问题,借鉴互联网的网架结构,提出对智能电网AMI系统软件结构进行多层设计,阐述了AMI系统多层结构设计可能带来的好处,并分析了这种设计的合理性。