火星大气高温光谱建模与非平衡辐射热流预测

火星科学实验室成功着陆后的热环境重构数据表明,气动辐射加热在火星进入防热设计中具有不同于以往认识的重要影响,未知机制和模型不确定性等问题有待进一步研究。探测器高速进入火星大气产生极高温非平衡气动环境,造成火星气动辐射与常规CO₂红外辐射研究显著不同。针对火星大气高温光谱和辐射热流预测,首先,建立适用于火星大气的高温非平衡光谱辐射模型,获得典型高温条件CO₂光谱结构和辐射强度,与NASA和JAXA试验结果对比,结果显示符合较好。其次,依靠激波管和发射光谱测量技术,开展典型进入条件的辐射强度测量试验,数值结果、试验值和NASA试验结果相互符合较好,验证了光谱模型。最后,对探路者号进行气动辐射加热分析,完成典型进入条件下的非平衡流动和辐射特性计算,基于光线法得到光谱辐射强度沿驻点线的变化,表明高速与低速条件的气动辐射机制存在显著差异;基于有限体积法获得进入器表面辐射热流分布,结果显示辐射热流的分布及变化规律与地球再入显著不同,进入速度6 km/s以下时辐射热流随进入速度增加而减小,同时进入器锥身及肩部的辐射热流高于驻点区域。     

一种新型白口铸铁的组织与性能

本文研究不同含硅量、不同铬含量硅铬白口铸铁的组织与性能影响，结果表明：随含硅．铬量的增加，硅铬白口铸铁中碳化物的相对量逐渐增加，基体、碳化物的显微和宏观硬度逐渐增加，碳化物由Fe3C和Fe7C3组成；冷却速度和淬火加热温度对该材料冲击磨粒磨损性能影响不大；硅铬白口铸铁下贝氏体基体耐冲击磨粒磨损性能较其它组织的好。     

航天器热平衡试验用大面阵外热流动态模拟系统设计及应用验证

针对航天器热平衡试验时采用固定式红外加热笼无法模拟超低热流的问题,文章研制了一种可在真空低温环境下长时间连续可靠运行的大面阵外热流动态模拟系统。该系统能够在不打开真空容器的情况下,通过动态调整红外加热笼与航天器表面之间的相对位置,同时实现航天器表面的高热流和超低热流模拟,高、低热流模拟的转换时间最短仅需3 min,所模拟的最低热流不大于20 W/m2。将该系统应用于某航天器热平衡试验,能够在低温工况有效降低航天器表面接收的外热流,使航天器表面温度和该表面上的单机温度降低3.5～10℃。     

旋转受照状态下天线温度场仿真分析

在进行星表天线地面真空热环境试验过程中,传统的红外加热设备会造成测量光路遮挡、降温速率减慢等影响。为提高试验准确性,提出了基于天线旋转受照的真空热试验方法。利用虚拟热试验平台对旋转受照状态下天线温度场进行仿真分析,得到天线温度场的分布与变化,并与试验数据对比,验证了仿真建模的准确性和试验方法的可行性。     

金属热防护系统瞬态传热数值模拟方法研究

针对由金属蜂窝夹心板和多层纤维绝热材料组成的金属热防护系统(Metallic Thermal Protection Sytems,MTPS)建立了气动加热条件下整体传热计算模型,采用蒙特卡罗方法模拟蜂窝腔内的三维辐射传递和每个纤维层内的一维辐射传递,采用有限体积法对MTPS一体化结构内辐射导热耦合换热能量方程进行求解,对某结构的MTPS瞬态传热及热响应进行了数值模拟分析,结果表明在所给定的典型时变气动热流条件下金属蜂窝夹芯板对MTPS瞬态热响应影响很小,增大蜂窝腔内表面发射率可明显降低蜂窝蒙皮间的温度差,再入过程中时变气体压力对MTPS瞬态热响应有明显的影响.     

氢燃料燃烧加热风洞中水蒸气相变效应的数值研究

为明晰氢燃料燃烧加热风洞中的水蒸气相变效应,采用同时考虑凝结和蒸发相变模型的多组分输运可压缩流动数值模拟方法,研究了超声速喷管内的水蒸气凝结过程以及凝结气流再蒸发对典型压缩构型(二维斜劈、三维斜劈和圆锥)流场参数及气动力的影响。结果表明:氢燃料燃烧加热风洞喷管气流中,水蒸气在较低总温条件下确实存在较大程度的凝结相变,但同时在斜劈激波压缩后也存在较强的蒸发相变;凝结会使喷管流场参数发生较大偏离,但再蒸发效应又会使气流经过斜劈压缩后趋近理想状态,趋近的程度受到压缩程度的影响。本文计算条件下,喷管内水蒸气相变导致出口参数偏差大于10%,但经过12°斜劈压缩后,流场参数以及表面气动力可恢复到理想状态的95%以上,此时相变的影响基本可以忽略。     

宽马赫数路德维希管风洞及其关键技术

随着高马赫数飞行器研制需求的增加,急需脉冲型风洞运行范围向中低马赫数段扩展,特别是需要具有跨马赫数运行能力。以路德维希管原理运行的管风洞试验设备,由于建设及使用成本较低、参数调节方便、流场品质高等优点,已在亚/跨/超声速及高超声速领域得到了发展和应用,体现出了宽马赫数的应用潜力。本文分析了宽马赫数脉冲型风洞发展现状,重点介绍了路德维希管风洞及其在宽马赫数应用中急需解决的关键技术,包括宽马赫数喷管设计技术、高温管外加热技术以及高温高压隔离技术。     

航天器虚拟热试验平台的软件架构及其应用

针对我国目前航天领域型号试验任务重、成本高的特点,文章提出搭建航天器虚拟热试验平台以缩短型号研制周期、减少研发成本。虚拟热试验平台结构拟由5个单独模块组成:试验系统描述及边界条件输入模块,虚拟试验运算模块,模型修正模块,结果报表及经济性分析模块和虚拟试验数据库。另外提出了虚拟热试验平台在航天器真空热试验中的应用。     

利用红外加热笼进行低热流模拟的设计方法研究

在航天器热平衡试验中,散热面区域的低热流密度要求往往难以实现。在以往的试验中,考虑到加热笼覆盖系数对热流密度均匀性的影响,通常选用红外灯阵作为主要的外热流模拟装置。但是红外灯阵体积和热容较大,形状适应性不强,对试验容器空间要求较高。文章利用仿真的手段研究了加热笼的覆盖系数对热流密度均匀性的影响,探讨了利用红外加热笼进行低热流模拟的可行性。     

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