Configuration studies for active electrostatic space radiation shielding

Developing successful and optimal solutions to mitigating the hazards of severe space radiation in deep space long duration missions is critical for the success of deep-space explorations. Space crews traveling aboard interplanetary spacecraft will be exposed to a constant flux of galactic cosmic rays (GCR), as well as intense fluxes of charged particles during solar particle events (SPEs). A recent report (Tripathi et al., Adv. Space Res. 42 (2008) 1043–1049), had explored the feasibility of using electrostatic shielding in concert with the state-of-the-art materials shielding technologies. Here we continue to extend the electrostatic shielding strategy and quantitatively examine a different configuration based on multiple toroidal rings. Our results show that SPE radiation can almost be eliminated by these electrostatic configurations. Also, penetration probabilities for novel structures such as toroidal rings are shown to be substantially reduced as compared to the simpler all-sphere geometries. More interestingly, the dimensions and aspect ratio of the toroidal rings could be altered and optimized to achieve an even higher degree of radiation protection.     

航空发动机燃烧室冷却结构的发展及浮动壁结构的关键技术

随着航空发动机燃烧室性能的提高,燃烧室火焰筒热防护问题显得越来越突出.燃烧室内采用浮动壁结构可以减小壁面热应力,改善火焰筒的受力状况.介绍了火焰筒冷却结构的发展历程,包括气膜冷却、多斜孔冷却和多孔层板冷却,并对它们的优缺点进行了阐述;分析了浮动壁冷却结构的发展状况、技术特点和在浮动壁结构基础上采用冲击/发散气膜复合冷却结构的效率;阐述了浮动壁结构的关键技术（材料、制造工艺和冷却结构特征等）;展望了冷却结构和浮动壁火焰筒在未来航空发动机中的应用.     

Thermal shock damage behavior of CVD ZnS by oxygen propane flame：A numerical and experimental study

Chemical vapor deposition zinc sulfide （CVD ZnS） is widely used as an infrared window material to transmit infrared signals, keep the aerodynamic shape and protect its imaging system, which often suffers high temperature and complicated thermal stresses. The purpose of this paper is to investigate the thermal shock damage of CVD ZnS through a finite element method and oxygen propane flame experiments. The finite element model is developed to simulate the temperature and thermal stress fields by an oxygen propane flame. Then, the thermal shock experiments are performed to investigate the thermal shock damage behavior. The results show that the temperature rising rate of the shock surface is fast during the initial heating stage resulting in high thermal stress. After the thermal shock experiment, the scanning electron microscope （SEM） photographs shows that the shock surface of the specimen becomes rough and the microcracks occur in the thermal shock zone. Good agreements are achieved between the numerical solutions and the experimental results.     

直肋对扩张型尾缘半劈缝气膜冷却特性影响的实验研究

为探究布置直肋扰流结构的尾缘半劈缝冷却结构的气膜冷却特性,分别采用压力敏感漆技术和瞬态热色液晶技术研究了直肋对扩张型尾缘半劈缝表面的绝热气膜效率和对流换热系数的影响,详细对比分析了吹风比及直肋宽度对三种不同扩张型半劈缝表面的气膜冷却特性。实验结果表明:直肋的加入对小扩张型半劈缝表面的气膜覆盖产生了不利影响,但仅限在小吹风比工况;而直肋对大扩张型半劈缝表面的气膜覆盖有略小的促进作用,但其绝热气膜效率始终低于小扩张型半劈缝表面。肋宽对半劈缝表面的换热增强大小受半劈缝表面形状影响,随着半劈缝表面扩张程度的增大,宽直肋结构的高换热优势逐渐超越窄直肋结构。直肋型尾缘半劈缝冷却结构可有效提升1.45～2倍的壁面热流密度,小吹风比工况时宜选用带有窄直肋的扩张程度较小的半劈缝表面结构,而大吹风比时宜选用带有宽直肋的扩张程度较大的半劈缝表面结构。     

反应机理对湍流预混值班火焰稳燃影响的研究

针对反应机理对湍流预混值班火焰稳燃的影响,使用大涡模拟(LES)耦合输运概率密度(PDF)方法模拟了湍流射流火焰的燃烧流场。化学反应过程采用被广泛应用的SMOOKE (16组分,46步)和DRM22 (22组分,104步)机理,概率密度输运的确定采用欧拉随机场来实现。计算结果表明,LES/PDF模型可以准确地模拟该类火焰的速度分布,火焰褶皱等结构。反应机理的点火延迟时间的准确与否是模拟值班射流火焰的关键,预混射流出口处的小尺度掺混引起的点火和火焰传播过程是值班射流火焰稳燃的关键。     

环形燃烧室壁温对热声不稳定性影响的实验研究

为了研究壁温效应对热声振荡的影响,本文基于环形燃烧室/涡轮耦合实验平台,在当量比Φ=0.82和燃烧功率P=15.5 kW的工况参数下开展了实验研究。相比于独立环形燃烧室实验,本文所引入的涡轮导叶出口组件,使得燃烧室跟发动机实际工况出口匹配情况更接近,具有更一致的热声环境和热容效应。实验发现,在壁温升高过程中伴随着不同类型热声不稳定模式间的切换以及振荡频率、幅值等参数的演变。进一步选取了6个典型状态点,结合基于火焰图像序列的动态模态分解,对比光电倍增管信号和不同方位角的声压信号,分析了各个状态点的火焰动力学和声学响应特征。实验结果表明,在固定功率和当量比工况下,受燃烧室壁面热平衡状态的影响,热声不稳定模式先后经历了由亥姆霍兹模式、1/4波纵向模式、周向混合模式和旋转模式所主导的过程。在出现周向模式的初期,其表现为旋转率呈现肥尾分布的驻波旋-转混合模式,而后期演变为旋转率的分布相对集中的逆时针方向旋转模式。     

高空喷管在地面试验时火焰偏摆的分析

本文分析了高空大面积比喷管在地面试验时喷管内出现火焰偏摆的原因,叙述了喷管内气流不对称分离的机理。通过分析得出,由此产生的火焰偏摆在高空模拟试验或用截短喷管的地面试验中会自然消失。本文通过喷管流场计算,附面层分离计算和传热计算说明试车中出现的现象。     

湍流扩散火焰的流场计算

本文采用修正的k-ε湍流模型以及实验测得的初始条件,计算了冷态和湍流扩散火焰的流场。结果令人满意。     

稳定器壁面最高温度区的数字图像分析

测定稳定器壁面最高温度区的位置、面积大小和最高温度值是航空发动机研究中的重要内容。本文阐述作者在利用数字图像处理技术对火焰稳定器壁面最高温度区进行分析方面进行的工作。所用方法是图像处理分类技术中的最小距离分类方法。为了减少图片摄取时噪声的影响,本文对训练区进行了分析处理,最后得到了比较满意的结果。     

固体火箭发动机羽焰测温方法研究

根据固体火箭发动机羽焰特征研制了多目标多光谱高温仪,它可同时测量羽焰六个目标点的温度,每个目标点均有八个工作波长。同时提出了求解真温的实用方法,完成了固体火箭发动机羽焰温度及其分布的测量。