吸热型碳氢燃料研究现状与发展

吸热型碳氢燃料是为了解决高超音速飞行器的热问题而发展起来的。国外航空航天发达国家已开展近50年的研究,取得了丰硕的研究成果,国内也在奋起直追。为了更好地掌握吸热型碳氢燃料的发展动向,规划研究目标,本文从发展历程、燃料选择、催化剂筛选、热沉测定以及结焦抑制等方面对吸热型碳氢燃料进行了较为系统的总结,并结合国内发展现状提出了未来的研究方向。本研究成果可为高超音速飞行器燃料系统设计与选择提供参考。     

大椭圆轨道遥感卫星有效载荷安装面热变形抑制方法

针对大椭圆轨道遥感卫星有效载荷安装面在复杂外热流环境下存在较大热变形的问题,文章提出了碳纤维结构铺层优化和柔性连接两个热变形抑制的方案,并分析了两个方案的优缺点。以某大椭圆轨道遥感卫星为例,进行了分析验证,结果表明:采用柔性连接设计方案优于碳纤维结构铺层优化方案,可将因热变形引起的载荷安装面法向变化从672μrad减小至185μrad,更适用于大椭圆轨道卫星不规律多变外热流下有效载荷安装面的热变形抑制。     

应用于IGSO卫星的数字太阳敏感器热控设计

相对于传统太阳敏感器(热耗为零)而言,国内新研制的数字太阳敏感器线路板上的芯片具有一定热耗。为解决其散热问题,以应用于倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星的数字一体化太阳敏感器为例,提出了较为简单有效的热控方案,建立热物理模型对数字太阳敏感器进行组件级热分析,并通过在轨飞行数据验证了设计的合理性。结果表明:对于具有一定热流密度的小尺寸部件而言,在辐射换热面积增幅较为有限的条件下,有效增大其传导换热的热控方案要明显优于加强辐射换热的方案;同时要结合外热流情况,优化选择散热面。此方案可较好地满足印制电路板(PCB)上各芯片结温的一级降额温度指标要求,也可为同类产品的设计提供参考。     

温度对小型柔性接头力矩特性的影响

为了研究柔性接头在固定压强下力矩特性随温度的变化,设计了弹性材料为硅橡胶的小型柔性接头,测试了一系列0.1MPa容压条件下柔性接头在正弦激励下的动态特性,获得了不同温度时接头的摆角力矩曲线。根据接头在摆角为0°时的力矩获得摩擦力矩,根据摆角力矩曲线的近线性部分获得弹性比力矩,在此基础上研究了温度对各个力矩的影响。结果表明:作动力矩随温度的升高而减小,但温度对作动力矩的大小影响很小,库伦摩擦力矩随温度的升高而增加,弹性比力矩和总比力矩因发生热弹逆变现象随温度的升高先减小后增加,动态弹性模量和损耗系数随温度的升高而降低,能量损耗受动态弹性模量和损耗系数变化影响随温度的升高而降低.      

高压涡轮机匣加强肋表面换热特性试验

针对高压涡轮叶尖间隙主动控制机匣的多层结构,重点分析了机匣内部加强肋和安装螺栓共同组成的基本换热单元,利用热膜法研究了加强肋表面的局部和平均传热系数,得到了不同进气状态、加强肋高度对传热系数的影响规律。研究发现:冲击靶面传热系数随着冲击雷诺数的增长而增大,但传热系数的增长速率随着冲击雷诺数的增大而缓慢降低。3排冲击射流工况中,靠近出流位置的加强肋表面平均传热系数最高。试验结果表明,加强肋表面的传热系数受到加强肋高度和冲击雷诺数耦合作用。在高雷诺数时,增加加强肋高度带来的换热强化效果更加明显。      

考虑接触热阻的非连续转子快速启动热分析

针对燃气轮机转子非连续性的结构特点,通过考虑粗糙表面的接触热阻,建立了螺栓联接结构的热 结构耦合分析模型。研究了快速启动过程中轮毂间接触面上的温度分布及最大应力的变化规律,并分析了表面粗糙度和预紧力等接触参数对接触面间的温度分布、拉紧力及最大应力的影响。结果表明:热冲击下粗糙表面间的接触热阻对接触面的温度分布及最大应力影响明显,接触参数对螺栓联结结构的温度场、应力场及热变形特性影响较大。研究成果可为燃气轮机转子设计、热致振动分析及故障诊断提供理论依据。      

电推进空心阴极热子的寿命评估研究

为了评估阴极热子失效对阴极寿命的影响,在考虑空心阴极热子加热功率和蒸发速率的基础上,利用建模分析的方法研究了阴极热子阻值退化过程及热子初始半径对寿命的影响,分析了阴极热子寿命评估的误差传播特性和基于阻值变化的阴极热子寿命评估方法。结果表明阴极热子退化过程是一种典型的失稳过程;阴极热子寿命对初始半径的敏感度较高,热子半径每减少2μm,寿命减少约50%;热子初始半径误差在退化过程中会被剧烈放大,初始值的微小标准差经过这一发散过程后标准差从0.046增大到0.083,高于初始值近两倍,在空心阴极的加速寿命评估中恒流工作模式的稳定性较差。     

SiC_P/Al-Cu复合材料动态再结晶行为及临界条件

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对40%SiC_P/Al-Cu复合材料进行压缩实验,研究其在温度为350~500℃、应变速率为0.01~10 s~(-1)条件下的高温塑性变形行为。由实验得出变形过程中的应力-应变曲线,采用加工硬化率处理方法对应力-应变数据进行处理,结合lnθ-ε曲线的拐点和(-α(lnθ)/αε)-ε曲线最小值的判据,研究该复合材料动态再结晶临界条件。结果表明:40%SiC_P/Al-Cu复合材料的应力-应变曲线主要以动态再结晶软化机制为特征,峰值应力(σ_p)随变形温度的降低或应变速率的升高而增加;该材料的lnθ-ε曲线出现拐点,(-α(lnθ)/αε)-ε曲线出现最小值;临界应变(ε_c)随变形温度的升高与应变速率的降低而减小,且临界应变与峰值应变(εp)之间具有相关性,即ε_c=0.528εp;临界应变与Zener-Hollomon参数(Z)之间的函数关系为ε_c=4.58×10~(-3)Z~(0.09)。透射电镜观察显示应变为0.06时(变形温度为400℃,应变速率为10 s~(-1))已经发生动态再结晶,应变为0.2时,动态再结晶晶粒充分长大。     

飞机隔热结构热桥效应分析与实验

针对飞机隔热结构中金属筋条的热桥问题,设计了两类典型飞机隔热结构构型。为了研究分析热桥效应对隔热性能的影响,对各构型进行瞬态热传导有限元分析,得到在热面温度分别为100℃,200℃,300℃,424℃时考核点的温度,并通过隔热性能实验验证了有限元方法的有效性。结果表明:热桥对隔热结构的隔热性能有较大影响,设计隔热结构时应充分考虑热桥现象;提出了热桥阻断的方法。     

多孔NiCr在750℃ NaCl沉积盐中的热腐蚀机理研究

针对飞机发动机高压压气机NiCr系可磨耗封严涂层发生的NaCl热沉积盐高温腐蚀现象,采用粉末烧结法制备了多孔80Ni20Cr合金,研究了其在750℃空气气氛中的NaCl热腐蚀行为。采用X射线衍射和能谱分析等技术对腐蚀产物进行了分析。结果表明,NaCl固体盐通过阻碍合金表面生成连续致密的Cr_2O_3,加速多孔NiCr的腐蚀和氧化。研究发现,在样品外表面形成的Cr_2O_3、NiO、NiCr_2O_4混合氧化物膜易开裂剥落,是合金加速腐蚀的主要方式。此外,通过同步热分析并结合热力学模拟计算发现,NiCr合金的热腐蚀由氯化-氧化协同控制,初始依靠NaCl与Cr元素反应引发合金的循环腐蚀,并推动整个腐蚀过程不断进行。