湍流条件下防热瓦缝隙热环境特性实验研究

在激波风洞中马赫数6.1、雷诺数6.2×107/m 的流场条件下,基于平板模型开展了防热瓦缝隙热流测量实验,研究了湍流平板边界层情况下 T 字和十字2种布局缝隙的缝壁热流分布,以及流向角、缝隙宽度、缝隙深度和缝口台阶高度的变化对缝隙热环境的影响。结果表明,缝口边缘特别是 T 字口迎风壁存在很高的局部热流,测量峰值达到11.6倍平板值,流向角为30°~60°时2种布局缝隙的热环境相对较好,缝壁及缝底热流随缝隙宽度和缝口台阶增大而升高。     

红外空空导弹头罩热应力分析

以红外空空弹头罩为研究对象,利用气动加热工程计算方法提供的热流密度为输入条件进行了热载状态下结构的瞬态温度场和热应力分析,并以电弧风洞试验进行验证,试验结果与计算结果吻合,表明本文方法具有一定的精度,能满足工程设计要求。利用文中的分析方法,提出降低红外头罩热应力的改进建议。     

航天飞机及火箭的羽流试验技术

火箭发动机排气羽流的影响是研制火箭运载器的一个关键问题。本文综述了羽流对航天飞机和火箭底部流动、底部加热的影响。重点综述了冷气试验方法,并指出了冷气模拟试验的相似准则的参数组合关系式。冷气试验费用不大,试验周期短,是确定底部压力的最佳方法,试验重点在跨声速和低超声速飞行区域。本文对热气试验方法也作了介绍。热气试验可模拟羽流的真实热力学特性,但耗费大,技术复杂。火箭发动机羽流模拟应由风洞试验来确定。本文简述了进行羽流模拟试验的地面试验设备。     

Effects of space weather on the ionosphere and LEO satellites’ orbital trajectory in equatorial,low and middle latitude

We study the effects of space weather on the ionosphere and low Earth orbit (LEO) satellites’ orbital trajectory in equatorial, low- and mid-latitude (EQL, LLT and MLT) regions during (and around) the notable storms of October/November, 2003. We briefly review space weather effects on the thermosphere and ionosphere to demonstrate that such effects are also latitude-dependent and well established. Following the review we simulate the trend in variation of satellite’s orbital radius (r), mean height (h) and orbit decay rate (ODR) during 15 October–14 November 2003 in EQL, LLT and MLT. Nominal atmospheric drag on LEO satellite is usually enhanced by space weather or solar-induced variations in thermospheric temperature and density profile. To separate nominal orbit decay from solar-induced accelerated orbit decay, we compute $r\text{,}h$ and ODR in three regimes viz. (i) excluding solar indices (or effect), where $r=r_0\text{,}h=h_0$ and $\mathit{ODR}={\mathit{ODR}}_0$ (ii) with mean value of solar indices for the interval, where $r=r_m\text{,}h=h_m$ and $\mathit{ODR}={\mathit{ODR}}_m$ and (iii) with actual daily values of solar indices for the interval ($r\text{,}h$ and ODR). For a typical LEO satellite at h?=?450?km, we show that the total decay in r during the period is about 4.20?km, 3.90?km and 3.20?km in EQL, LLT and MLT respectively; the respective nominal decay ($r_0$) is 0.40?km, 0.34?km and 0.22?km, while solar-induced orbital decay ($r_m$) is about 3.80?km, 3.55?km and 2.95?km. h also varied in like manner. The respective nominal ${\mathit{ODR}}_0$ is about 13.5?m/day, 11.2?m/day and 7.2?m/day, while solar-induced ${\mathit{ODR}}_m$ is about 124.3?m/day, 116.9?m/day and 97.3?m/day. We also show that severe geomagnetic storms can increase ODR by up to 117% (from daily mean value). However, the extent of space weather effects on LEO Satellite’s trajectory significantly depends on the ballistic co-efficient and orbit of the satellite, and phase of solar cycles, intensity and duration of driving (or influencing) solar event.     

高温应变计在瞬态加热条件下温度特性的试验研究

在瞬态加热条件下，应变计的瞬时热输出特性与应变计在慢速升温条件的热输出曲线有明显的差别。这种差别随着温升速率的提高将更加明显，本文主要介绍这种差别的试验研究结果。     

大气潮汐的经典理论及有关现代模式的发展

按照历史发展, 回顾了从无耗无风背景下线性化的大气潮汐方程组出发得到一个二维定态变量可分离的基本偏微分方程及其全球Hough函数波模解的经典理论; 介绍了主要由Forbes和Hagan发展起来的在真实有耗有风背景下线性化的本质上仍是二维定态, 但纬度和高度变量不可分离的现代数值模式GSWM; 概述了近年来针对中高层大气的GCM (例如TIME-GCM, MUAM, CMAM和WACCM) 来研究潮汐非线性及非迁移潮汐等的发展趋势. 在融合理解的基础上对各模式的特点和模式间的差异进行了适当分析, 从中可以看出,半个世纪以来人们在从第一原理出发试图揭示全球大气潮汐的真实结构特征和长短期变化机制等方面进行了持续的努力, 这种努力又是与从利用地基雷达到卫星搭载仪器观测大气(特别是MLT区域的风场和温度场)的发展密不可分的.      

再入飞行器烧蚀热防护一体化计算方法

针对再入飞行器烧蚀热防护系统烧蚀与瞬态温度耦合响应预测问题,提出了一体化计算方法,为再入飞行器烧蚀热防护设计提供包括气动热、烧蚀后退、瞬态温度响应在内的动态响应预测依据。该方法采用Sutton-Graves和Tauber-Sutton理论计算驻点的对流热流和辐射热流,通过表面能量平衡整合具有较高精度的烧蚀模型,并通过Landau变换简化烧蚀后退带来的节点删除过程并保证空间离散精度,最后求解瞬态有限差分热传导方程获得烧蚀热防护系统的热环境、烧蚀过程和温度响应。通过对比计算碳-碳材料钝头体地球再入过程和酚醛浸渍基碳烧蚀体（PICA）材料电弧风洞烧蚀模拟,对该方法对于不同材料体系的适用性进行了验证。计算结果表明：对于密度较高的碳-碳材料,本文计算结果与经典的热平衡积分法吻合较好,偏差在7%以内;而对于低密度材料（如烧蚀性能对压力高度敏感的PICA材料）,随着热流和压力的增大,预测偏差逐渐增大。所提出的方法实现了气动热、烧蚀、瞬态温度响应耦合过程的一体化计算,在保证精度的前提下实现快速计算分析,为再入飞行器烧蚀热防护设计提供依据。     

航天飞机气动加热计算

介绍了国内外预测航天飞机气动加热的工程计算方法.给出了轴对称、非轴对称和机翼前缘等各种外形驻点热流密度的计算,分析和比较了平板、锥体的层流和湍流热流密度计算的各种方法,概述了航天飞机迎风面中心线和离开中心线横向热流密度的计算.计算结果表明,本文方法用在航天飞机气动热环境初步设计中比较简单并且有足够精度.     

高超声速平板/空气舵热环境数值模拟研究

针对高超声速平板/空气舵模型开展了热环境数值模拟研究,重点分析了舵偏角δr、舵缝高度h和边界层流态对缝隙内舵轴及干扰区热环境的影响规律。研究结果表明:零舵偏状态缝隙内气流速度为亚声速,热环境可以忽略;舵面偏转时,缝隙入口气流速度和压力显著增大,在δr=5°～15°范围内,舵轴及干扰区热环境随舵偏近似线性增长;舵轴及干扰区热流随h增大呈现先上升后缓慢下降的趋势,h从5 mm增大到7mm时,舵轴热环境增加超过1倍;边界层流态对空气舵缝隙内热环境影响很大,在15°舵偏条件下,层流状态舵轴及干扰区热环境约是湍流的3～5倍,这是因为层流边界层较薄,缝隙内流速更高。