一种大型、大功率辐射内加热器的设计

热强度试验技术是为解决飞行器的热障问题而发展的,热设计已经成为飞行器设计的重要方面,而地面模拟试验则是验证设计的重要手段,通常地面实验以模拟气体动力学加热为主,对于管道、喷管等结构的内加热模拟较少.此类结构的能量传递方向由内向外,采用内加热更加合理、可行.在国内热强度试验领域,接触的实例并不多,大型、大功率的内加热器则更少,我们针对某结构件静热联合试验,就一种大型、大功率辐射内加热器的设计技术进行了初步研究,设计生产了内加热器并成功应用到了具体试验中.     

发动机燃烧室内壁材料热环境的气动热试验模拟技术研究

利用超声速矩形湍流导管和等离子电弧加热器模拟了发动机燃烧室内流和高超声速飞行器外壁面外流热环境,进行了平板表面冷壁热流测量和燃烧室内壁材料考核试验。结果表明:由于辐射换热的影响,在选取的两个典型来流条件下,发动机燃烧室内流热环境下的冷壁热流比外流热环境下的高出21%和40%,但是冷壁热流的增量基本相当,约为0.70～0.80MW/m2。随着冷壁热流的增加,辐射换热产生的热流增量的影响力会逐渐减小。材料考核时,相同配方的C/SiC复合材料在内流热环境下的表面温度高出约400℃,背面温度高出约90℃,这种差异对于发动机燃烧室内壁面材料考核至关重要,必须在材料考核试验中加以考虑。     

多喷嘴氢氧燃烧二元加热器设计与仿真

为了获得均匀的喷管出口参数,设计了两种喷注形式的多喷嘴氢氧燃烧二元加热器和一个拉瓦尔喷管,利用CFD仿真软件对其进行了流场计算,研究了同一工况下不同喷注器构型、速度比和喷嘴压降对喷管出口均匀度的影响.结果表明:喷注器构型对出口气流的均匀程度影响不大,它主要影响喷注器的温度;氢气与空氧混气的速度比越低,出口均匀性越好,空氧混气喷嘴的压降越低,出口均匀性越好;拉瓦尔喷管收缩比对出口均匀性有很大影响,设计时应尽量使两方向收缩比相近.      

旁侧突扩加热器燃烧性能研究

为了研究旁侧突扩加热器的燃烧性能,对已有的冲压发动机用旁侧进气突扩燃烧室燃烧性能进行了理论分析,并通过了相关的试验验证工作。结果表明:在来流总温288K时,现有的冲压发动机的旁侧进气突扩燃烧室头部不能形成稳定的高温回流区,所以不能维持稳定燃烧。为了提高旁侧进气突扩燃烧室的燃烧性能,在继承现有的旁侧进气突扩燃烧室的突扩比的情况下,由进气道等直段喷油改为转弯段喷油,相邻进气道前后错开200mm。计算结果表明优化后的旁侧突扩加热器的燃烧效率为0.98,满足加热器对燃烧效率的要求。      

飞机除冰液快速加热实验系统及温度控制研究

在分析老式飞机除冰车缺陷的基础上,设计了用于研制开发即热式飞机除冰车的飞机除冰液快速加热系统实验台,并做了大量实验。通过分析试验数据,建立加热系统温度控制数学模型,并在计算机上进行了仿真。试验与仿真结果表明,新型飞机除冰液快速加热系统较老式系统准备时间短,工作更节能,并有良好的精度及抗扰动性能。     

新型液氧/空气/异丁烷燃烧加热器研制及流场校测

为了发展高流场品质、安全可靠运行的高超声速高温风洞技术,研制了一种新型的液氧/空气/异丁烷燃烧加热器。该加热器采用"气液燃烧"模式组织燃烧,考虑了均匀流场设计,并利用空气-异丁烷火炬点火器实现点火。50kg/s量级燃烧加热器点火调试表明,主气流能实现快速点火,在火炬关闭后,继续维持稳定燃烧。利用Φ1m喷管,针对马赫数6,总压6.0MPa及5.2MPa开展流场校测,结果表明燃烧加热器在喷管出口直径80%的中心区域提供均匀气流,在流场均匀区内,马赫数均方根偏差在0.05以内,总温均方根偏差在20K以内,能支撑高超声速气动及推进试验。     

超音速气流中横喷自点火的实验研究

本文扼要地介绍了航空航天部三十一所1988年11月利用电弧加热器所进行的M=2的超音速气流中横向喷射氢燃料和煤油的点火情况,描述了点火现象的物理特性,并提出了点火准则中的修正系数.     

一种固冲发动机纯净来流气源系统设计

为了模拟固冲发动机飞行状态下来流总压、总温,在地面试验中需要高压气源,同时要利用特制加热器对空气进行加热。来流品质对固冲发动机性能影响的研究有重要意义,一些部件考核试验也需要洁净空气。为满足纯净来流的试验需求,分析了常用加热方法的特点,提出了气罐内部封闭电加热的方法,实现了空气无污染加热。对系统组成及工作原理、解决的技术问题、温度仿真计算、试验应用等方面进行了详细介绍,表明气罐内部封闭电加热方式是一种可行的纯净空气加热方案。     

电弧加热器铜污染组分效应发射光谱定量研究

电弧加热器是研究飞行器气动热防护问题的重要地面试验平台,其采用电极放电加热获得高温气体的方式,会产生铜蒸汽粒子,并随同进入地面试验模拟的等离子体气流,产生电弧风洞地面试验铜污染组分效应。本研究利用发射光谱诊断技术,发展了一套电弧加热器高温流场组分在线诊断测量系统,开展对10 MW高焓叠片式电弧加热器铜电极烧蚀的在线测量,获得了铜原子浓度的实时测量结果。基于所选铜原子谱线,开展了对电弧加热器起弧过程和稳定工作过程的测量,同时分析了管式电极和环形电极下电极烧蚀的情况。研究结果表明：起弧瞬间,电极烧蚀较明显,管式电极的铜原子峰值浓度要明显高于环形电极;稳定工作后,环形电极铜原子烧蚀量迅速下降,并保持在一个较低水平（<10^-6）,管式电极仍然存在较高、不稳定的烧蚀,显示管式电极的烧蚀量要明显高于环形电极,且管式电极烧蚀量随着电弧加热器运行电流的增加而增加。基于该测量结果,建立了判定电极失效的直接判据,并用于保障电弧加热器运行安全。为研究电弧加热器电极烧蚀及地面试验铜污染组分效应提供了非接触式测量手段,目前,该测量系统已经作为电弧加热器的常规测试手段,提供电弧加热器高温气流的在线诊断。     

电弧加热高温磁流体发电地面试验研究

针对航天器未来空间飞行任务对大功率电源的迫切需求,开展了基于电弧加热的高温气体磁流体（MHD）发电地面试验研究。利用长分段电弧加热器加热氩气试验工质,模拟MHD发电所需的温度和压力条件,通过注入铯种子的方式提高试验工质的电导率,成功进行了直通式和盘式MHD发电地面试验:在磁场强度1 T试验条件下,直通式发电机最大输出发电功率达到196 W;在磁场强度7 T试验条件下,盘式发电机最大输出发电功率达到10.5 kW。本研究工作验证了磁流体发电技术的前景,为更高功率的磁流体发电机研究及空间应用奠定了基础。