预冷组合动力高超声速空天飞机关键技术研究进展

为进一步加快反应时间、降低发射成本,各国加大了对可重复使用组合动力空天飞机的研发。英国采用预冷组合发动机SABRE的高超声速空天飞机Skylon项目在宽速域组合动力方面已取得突破性进展。本文首先对其动力系统中的关键技术如轻质高效空气预冷器、内循环换热系统以及高度补偿集成喷管进行了介绍;然后分析了面对不同任务需求的各阶段总体方案迭代,重点关注高空低密度条件下的高速布局设计、气动相关问题以及热防护措施;最后对载荷投放成本进行了横向比较,并阐述了欧空局对其作为下一代欧洲空天运输系统的任务规划。     

基于超燃冲压发动机的HIFiRE项目飞行试验研究进展

飞行器在临近空间内的气动特性及发动机性能一直是各国高超声速项目研究的重点,为探索边界层转捩、激波边界层相互作用以及气动加热效应,美澳牵头于2006年联合启动了HIFiRE项目,采用探空火箭发射进行重点技术验证的模式开展了系列创新性研究。项目重点关注20~38km空域,4~8速域飞行马赫数,试验方案通过单项验证、系统集成的思路逐步深入,将一体化设计的乘波体从无动力滑翔推进到有动力巡航,最终完成带超燃冲压发动机高升阻比飞行器的总体性能测试。研究结果表明:①试验飞行器的边界层转捩高度在35~25km;②乘波体飞行器在飞行马赫数为7时最大升阻比为5.6;③超燃冲压发动机的飞行试验中,在86.2kPa的恒定动压下,飞行马赫数从5.5加速到8.5,试验中发动机实现了从亚燃到超燃的模态转换。      

定向高导热碳材料及其热管理结构设计

针对高超声速飞行器的特点，分析了热防护系统中应用高导热材料实现热管理的必要性。通过对碳材料石墨片层结构的热传导机理及其各向异性特征进行分析和讨论，提出了利用高导热碳材料进行疏导式热管理的思路，并根据碳材料的结构特点设计了几种可能的热管理结构模型。     

精细分散含锆碳基复合材料及其烧蚀表面形貌

以一种含分散的纳米氧化锆的沥青作为黏结剂或浸渍剂,通过热压和浸渍工艺制备出含锆石墨和碳/碳复合材料。采用扫描电镜对样品中锆的分散状况进行了表征。结果表明:锆元素是以1μm左右的颗粒均匀分散在含锆石墨和碳/碳复合材料中。含锆石墨和碳/碳复合材料在氧-乙炔烧蚀试验中,由于锆的存在使不同种类碳之间的烧蚀趋于一致,材料表面烧蚀更加均匀。     

径向法测量经编双轴向织物渗透率

用径向法测量了经编双轴向玻璃纤维织物的渗透率,研究了织物结构、纤维体积分数和注入压力对渗透率的影响。实验表明,经编双轴向玻璃纤维织物的渗透率呈各向异性,随着纤维体积分数增大,织物渗透率减小,各向异性的程度增加。在低的纤维体积分数下,低的注入压力影响渗透率的精确测量,注入压力增大到一定值时,纤维渗透率保持恒定。     

酚醛树脂的热裂解气相色谱-质谱联用分析

利用热裂解气相色谱-质谱法对两种酚醛树脂样品进行研究,选择在575℃条件下进行裂解,其裂解产物通过DB-35石英毛细管柱分离和质谱鉴定,获得了有关这两种酚醛树脂各自结构的特征信息,酚醛树脂的热裂解产物的总离子流图可认为是他们各自结构特征指纹。     

复合材料纤维自动铺放过程碰撞干涉检测

基于七自由度复合材料纤维铺放机器人,对铺放过程中可能出现的碰撞干涉情况进行分析,建立了铺放机器人三维数字化模型,研究了基于实体布尔运算的碰撞干涉检测算法。基于CATIA CAA平台开发了碰撞干涉检测模块,集成于复合材料纤维自动铺放编程软件中,对某型飞机进气道的铺放过程进行了仿真,结果证明本文提出的算法可有效地检测碰撞与干涉。     

修理问题中层压板特性的工程估算方法

研究了层压板修理中对无损、开孔以及具冲击损伤情况下力学性能的简便工程计算方法。根据自行设计的试验及其相关文献的试验结果,采用Heslehurst关于层压板弹性常数及强度的估算方法时数据进行了分析,同时把其对开孔板得到剩余强度的估算方法推广到合冲击损伤在内的损伤结构剩余强度。多种材料体系和铺层方式组成的层压板的试验和计算对比表明,该工程算法给出的精度大都在20%以内。因此可以用该算法来确定结构的修理容限的下限。