高超声速流中局部构件上质量引射的热防护特性研究

通过数值求解N-S方程,研究了局部构件上质量引射对表面热行为的影响及其机理,参数包括引射速度、引射区域大小、引射方向和引射位置。研究表明,质量引射可有效地降低表面热流峰值和热流分布,其原因：一是改变了局部分离流动特性;二是改变了当地的附面层结构,而附面层特性的改变是主要的影响。引射效果与引射速度关系密切,引射方向对结果影响不大,引射效率最高区域为无引射再附点后的高温高压区,在该处引射质量可有效地减缓高速外流对构件的冲击。     

乘波体构形的一种热防护方案

对乘波体构形气动力与气动热的折衷设计进行讨论。通过分析乘波体构形与传统高超声速外形所处流场的差异以及壁面催化和流动状态对两种外形的气动热环境的不同影响,结合当前的材料与热防护技术,考查乘波体构形在基本保证气动力设计要求的基础上将前缘钝化后采用可重复使用热防护方法如辐射等进行长时间高超声速飞行的可能性。采用无粘-边界层方法计算了一个乘波体的折衷外形所受的气动热环境,在此基础上对外形作气动热防护分析。结果显示,乘波体构形进行气动力与气动热折衷设计后,是可以满足进行长时间高超声速飞行要求的。     

碳/碳复合材料吸油和去油特性研究

以航空十号液压油(YH-10)为介质研究了碳/碳复合材料的吸油和去油特性,提出了其吸油机理,确定了吸油和去油过程中试环内油含量与时间关系的拟合方程。通过实验表明,在室温下碳/碳复合材料在浸油开始阶段随着时间的延长吸油率迅速上升,随后增加缓慢,最后趋于饱和并不再变化,饱和吸油率为4％左右。在去油过程中,碳/碳复合材料残油率受温度、时间和加热方式控制,而温度和加热方式是主导因素。在一定温度下,材料残油率随时间基本呈线性降低。当温度由100℃提高到150℃,残油率减小不大,而在200℃时残油率大幅度降低。200℃以上的温度是去除其油液的合适温度。微波炉加热较烘箱保温具有更好的去油效果。采用偏光显微镜和扫描电镜分析了碳/碳复合材料浸油和去油后的微观组织。     

利用二维平面和轴对称逆向喷流减阻和降低热流的计算研究

对近年来国内外学者在减阻和降低热流方面的工作做了简要回顾,并对带逆向喷流钝体的高超声速绕流流场进行了数值计算,对二维圆柱和球头物形的差异给喷流减阻和降低热流效能带来的影响进行了研究。结果表明逆向喷流对二维平面物形具有良好的减阻和降低热流作用,但对于轴对称的球头由于肩部流动再附处的强烈激波干扰,会形成热斑,其局部热流反而高于无喷流时的热流值,适当加大喷流压比可以避免激波在肩部再附区的干扰,达到降低表面热流的目的。本文认为在逆向喷流的研究中,采用真实维数的物形对于得到正确的研究结论是非常重要的。     

时域推进与边界元混合瞬态热传导问题

对时间变量在小区间内应用多项式插值,对空间变量采用边界元求解,提出一种新的分析瞬态热传导问题的计算格式。与现行的利用含时间变量的基本解所得到的边界元计算格式相比较,具有基本解简单易得、系数矩阵容易计算以及无重复积分等优点;与向前差分消去时间因子的边界元计算格式相比较,则在算法稳定性、计算精度以及时间步长的选取等方面具有明显的优势,并且很容易推广到求解非线性问题。算例表明,采用时域推进与边界元混合方法分析瞬态热传导问题有效可行。     

气动谐振加热基础试验

为了进一步掌握气动谐振加热的规律,为气动谐振点火器的研制提供试验基础,在原有气动谐振加热初步试验研究的基础上对谐振气体流量变化,不同的排气孔形式以及不同内径的谐振腔对谐振加热性能的影响进行了研究。通过大量的气动谐振加热基础试验,得到了谐振加热性能随不同参数变化的规律,为气动谐振点火器结构参数的选择提供了试验基础。      

高超声速飞行器气动弹性力学研究综述

高超声速飞行器设计上的特点带来了一系列的气动弹性新问题。本文回顾高超声速飞行器气动弹性研究的历史与现状,着重介绍和分析了高超声速非定常气动力计算方法、热环境下的气动弹性问题、壁板颤振、推力影响下的气动弹性稳定性问题以及气动推进/气动弹性耦合的多学科交叉问题,相关的主动控制方法的研究进展亦有所介绍。在已有气动弹性问题研究发展的基础上,提出了高超声速飞行器在气动弹性领域需要解决和关注的若干问题,包括高超声速气动弹性试验、燃料消耗的质量变化对于飞行器气动弹性特性的影响以及气动弹性力学与飞行力学综合等方面。     

再入飞行器鼻锥逆向喷流对流场及气动热的影响

 使用计算流体力学（CFD）方法研究逆向喷流热防护系统对降低再入飞行器鼻锥物面热流的效果,获得了流场参数,回流再附点位置,物面压力分布以及热流分布。分析了逆向喷流对降低物面热流的物理机理,喷流通过与来流相互作用形成马赫盘,将来流导流到四周,不与物面直接作用形成气动加热,同时喷流回流形成低温区,降低物面与接触气体的温差,进而降低了物面热流。随着总压比率增大,这种效果越明显,气动加热越轻。为更合理分析喷流强度对流场及传热量的影响,将总压比率和流量相结合,提出了新的参数R PA。分析该参数的应用效果,结果发现不同的流量与总压比率组合成相同的参数R PA,可以实现相同的激波位置、再附点位置、表面热流峰值位置和总传热量。这说明该参数可用于表征喷流强度,用以分析喷流对流场及传热量的影响。     

尖楔结构低速高/中温双路气流组合热试验方法

在典型高超声速飞行工况下,数值模拟分析了高温合金尖楔前缘结构沿气流方向大温度分布梯度将带来严重的热强度问题,产生大温度分布梯度的根本原因是尖楔结构头部区域平均热流密度与后段平板区域平均热流密度之差,而受头部区域热流密度具体分布的影响不大;进而提出了一种低速高/中温双路气流组合热试验方案,并通过数值模拟方法证明了该方案具有两股气流参数可以独立调节分别满足尖楔结构头部驻点区域及后段平板区域大、小两种热流密度的优点,进而解决单喷口低速高温燃气流热模拟试验难题,满足尖楔结构高超声速飞行工况下大温度梯度模拟要求.同时,该方案通过高/中温气源的合理组合搭配可以大大降低尖楔结构热试验所需高温气源发生功率,推广应用于电弧风洞可拓展其热试验范围.      

电路参数对石墨加热元件发热特性的影响规律研究

电路参数是石墨加热元件发热性能的决定性因素,对电路参数的影响规律的研究是高性能高可靠性石墨加热器设计的基础。对石墨加热装置的失效过程进行研究,确定发热元件可靠性量化指标：温度均匀度;在此基础上,确定对加热元件热输出性能进行量化的四个电路参数：加热元件厚度、发热条宽度、发热条缝隙、缝隙处的倒圆半径;对发热电路进行参数化建模,并采用有限元电热耦合仿真对加热元件电路参数对加热能力和可靠性的影响机理进行研究。结果表明：加热元件的厚度决定了加热元件的热输出能力,而其余三个电路参数决定了加热元件的可靠性。本文的研究成果对高性能石墨加热装置的研制具有重要的支撑作用。