蒸汽压缩式制冷系统在航空中的应用

通过对空气压缩式、蒸汽压缩式、热电制冷3种制冷系统的比较,提出蒸汽压缩式制冷系统是最适合应用于制冷量需求较大的航空电子设备,并着重介绍了蒸汽压缩式制冷系统的工作原理、关键技术及其优越性。     

Exploration life support technology challenges for the Crew Exploration Vehicle and future human missions

As NASA implements the U.S. Space Exploration Policy, life support systems must be provided for an expanding sequence of exploration missions. NASA has implemented effective life support for Apollo, the Space Shuttle, and the International Space Station (ISS) and continues to develop advanced systems. This paper provides an overview of life support requirements, previously implemented systems, and new technologies being developed by the Exploration Life Support Project for the Orion Crew Exploration Vehicle (CEV) and Lunar Outpost and future Mars missions. The two contrasting practical approaches to providing space life support are (1) open loop direct supply of atmosphere, water, and food, and (2) physicochemical regeneration of air and water with direct supply of food. Open loop direct supply of air and water is cost effective for short missions, but recycling oxygen and water saves costly launch mass on longer missions. Because of the short CEV mission durations, the CEV life support system will be open loop as in Apollo and Space Shuttle. New life support technologies for CEV that address identified shortcomings of existing systems are discussed. Because both ISS and Lunar Outpost have a planned 10-year operational life, the Lunar Outpost life support system should be regenerative like that for ISS and it could utilize technologies similar to ISS. The Lunar Outpost life support system, however, should be extensively redesigned to reduce mass, power, and volume, to improve reliability and incorporate lessons learned, and to take advantage of technology advances over the last 20 years. The Lunar Outpost design could also take advantage of partial gravity and lunar resources.     

核动力深空探测器现状及发展研究

深空探测中,由于无法使用太阳能或者太阳能的利用效率太低,需要使用空间核电源。当前用于月球表面、火星表面、木星及以远的飞行任务中的核动力深空探测器,均利用的同位素核源衰变能,包括同位素热源用于温度控制和采用温差发电用于供电。研究中的深空探测核动力应用包括月球基地、载人火星飞行、无人探测、使用核反应堆裂变能等。空间裂变电源的反应堆包括液态金属冷却堆和气冷堆两种方式,前者支持温差、斯特林和布雷顿发电,后者支持布雷顿和磁流体发电。近期开始探索研究核聚变深空探测器。纵观核动力深空探测器的发展历程,同位素电源依然在深空探测中发挥着重要作用,大功率空间核电源结合电推进将成为未来深空探测的重要关注方向。     

飞行器热天线热电联合计算方法

为了研究高温环境对热天线电性能的影响,提出了一种热电联合计算方法,通过三维热、电信息传递程序实现不同温度区域介电性能的空间加载,以此关联温度场与电磁场网格节点信息,实现温度场-电磁场耦合问题的联合计算。介绍了热电联合计算方法的原理与思路,并以某型热天线为研究对象,考查天线温度分布对电性能的影响程度,为飞行器热天线的精细化设计提供了途径。该方法可应用于热透波结构的高温电性能分析,尤其对于恶劣热环境下的热天线/天线罩设计具有较高的应用价值。     

基于合成射流的机翼溢流冰防护实验

为了解决电加热防/除过程中,机翼前缘溢流水流至防护区后侧形成冰脊影响飞行安全的问题,提出一种电加热系统与合成射流激励器复合式防冰方法。该方法将电加热系统布置于机翼前缘,通过加热使得机翼前缘温度高于冻结温度,防止过冷水滴在机翼前缘冻结,合成射流出口位于电加热系统防护区下游,通过合成射流的吹吸作用改变溢流水的运动轨迹,防止前缘溢流水流至机翼后表面形成冰脊。在结冰风洞中,通过实验研究了液态水含量、环境温度和合成射流速度对电加热与合成射流复合式防冰性能的影响。实验结果表明:电加热与合成射流复合式防冰系统在设计的结冰气象条件下,不仅能够保持机翼前缘不结冰,还能消除机翼后表面的冰脊。     

熵产最小法在热电制冷系统优化中的应用

应用有限时间热力学理论，基于熵产最小法，对热电制冷系统随有限温度的变化、由外部热源与内部工质之间的温差而形成的热漏及内部耗散所产生的传热不可逆性进行了最优化研究，建立了不可逆热电制冷循环模型。研究结果表明，不同的参数对热电制冷系统的影响有着显著的区别。本文推导出熵产率最小时对应的优化性能特性关系和重要设计参数的最佳值；绘出了相关优化性能曲线并说明了这些参数在总体和优化性能中的作用。计算结果对实际热电制冷系统优化条件的确定具有一定参考价值。     

小型SAR卫星用双高特性锂离子电池技术

小型合成孔径雷达(SAR)卫星对储能电池系统提出了轻量化、大功率的要求,现有的SAR卫星用电池难以满足需求,急需开发高能量高功率的锂离子电池。采用兼具容量和功率性能的镍钴铝酸锂(LiNixCoyMnzO2, NCA)作为正极活性材料,高容量中间相炭微球(MCMB)作为负极活性材料,显著提升了电池体系的容量和比能量。通过设计极片的活性物质载量和电解液用量,保证了电池功率性能(≥10 C)的发挥;通过加大电极片面积和极柱尺寸,控制了大倍率放电时电池温升。研制了兼顾高比能和高功率的锂离子电池单体,额定容量20 Ah,1 C放电比能量达到180 Wh.kg^-1,且10 C放电容量相较1 C保持率96.24%,15 C下持续放电比功率超过2 000 W.kg^-1,可以满足下一代轻小型SAR卫星能源供电需求。     

复合材料在红外隐身技术中的应用

根据红外隐身原理,将应用于红外隐身技术的复合材料进行分类阐述,分析复合材料在红外隐身技术中的地位和应用前景,并着重介绍了本实验室在基于热电制冷器（TEC）的智能温控复合材料系统方面的研究成果。研制了针对不同具体应用条件的多种智能温控复合材料系统;建立了智能温控复合材料系统的制冷性能理论计算模型;并考察TEC热电元件臂长、TEC热端散热方式等因素对系统温控效果的影响,进一步优化了智能温控效果,使该智能温控材料能够根据设定温度的复杂变化做出快速响应。最后对智能温控复合材料在红外隐身技术中的应用进行了总结和展望。     

Thermoelectric Properties of Mg_2Si_(1-x)Sn_x Synthesized by Bulk Mechanical Alloying

Bulk mechanical alloying (BMA) has been successfully applied to solid-state synthesis of p-type and n-type thermoelectric mate-rials Mg2Si1–xSnx (x = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1) from element-powders at the room temperature in a relatively short time. The electrical conductivity, the Seebeck coefficient and the thermal conductivity of the Mg2Si1–xSnx are quite sensitive to the x-content. With the x-content rising, the electrical conductivity increases. When x = 0.6, it reaches the lowest and Mg2Si shows an n-type of semi-conducting. However, when x = 0.2 and T >525 K, the Seebeck coefficient of the samples will change the opposite way. While x≥0.4, the samples present a p-type of semi-conducting. The figure of merit, Z of Mg2Si1–xSnx will be obtained in the range from 300 K to 700 K. When x = 0.6, Z proves to be higher than that of other samples at 300 K≤T≤650 K.     

热电薄膜材料的制备和制冷器件的数值模拟

论述了热电材料低维化和器件小型化的发展趋势以及在航空航天领域的应用.利用磁控溅射的方法,在柔性衬底聚酰亚胺(PI)上制备了热电薄膜材料,并对其微观结构和性能进行了表征,结果表明:P型Bi-Sb-Te和N型Bi-Te-Se薄膜均表现出(015)的取向性.利用ANSYS有限元模拟软件热电耦合场分析单元对面内型薄膜热电制冷器进行了模拟,讨论了器件的工作电流和材料物性参数对器件制冷性能的影响,发现通过减小基底的厚度和热导率,可增大基底面内方向的热阻,实现热流沿热电臂的传输;基底的镂空设计和制冷区域高导热层的引入,有利于制冷温差的建立和制冷区域的均匀制冷,这些为薄膜型制冷器件的制备提供了指导.