航天飞行器热防护系统的一体化设计

航天飞行器进入大气层时经受强烈的气动加热,需借助于热防护系统以保护其免受气动热的伤害;飞行器机翼前缘和鼻罩是最高温区,该处的温差相当大,热防护措施尤其重要。作为热防护系统一方面要抵抗强热的冲击,另一方面要最大限度地减少气动热传入结构的内壁,这就对防热系统所用材料提出不同的要求。抗热冲击要求材料质密而隔热但又要求质轻,这就是矛盾所在。随着复合材料的发展,这对矛盾可以通过利用不同材料特性把防热系统分层来解决,从而导致一体化设计的概念和方法。本文利用热传导理论对两层结构的防热系统进行一体化设计分析。     

直升机旋翼防/除冰电加热控制律仿真

电热防除/冰系统的控制涉及到电加热与外流场的传热耦合,计算较为复杂,可利用的数据资料较为稀少。为探索电热防/除冰系统工作时与外流场的耦合传热规律,建立了二维电热除冰的数学模型,该模型在Messinger模型和改进的焓法模型基础上耦合了外表面与环境的复杂换热以及融冰和重新结冰过程的相变换热;采用控制容积法对控制微分方程进行离散后,使用TDMA（Tri-Diagonal Matrix Algorithm）和ADI（Alternating Direction Implicit）方法对离散得到的线性方程组进行求解,进而得到了除冰表面温度分布,同时揭示了电热防/除冰系统的耦合传热规律;分析了不同结冰条件下,加热时间控制律和加热热流密度对除冰表面温度的影响。计算发现合理设计加热热流密度大小及分布和加热时间控制律,可实现电热除冰系统能源的高效利用,进而确保飞行安全。     

飞机热气防冰系统与冰脊预测的数值模拟

基于流固耦合传热的思想建立了一套飞机热气防冰系统的的数值模拟方法,并将其与积冰热力学模型结合起来,实现了热气防冰系统开启时的机翼积冰预测.采用格心格式有限体积法求解N-S方程获得防冰腔与外流场;通过欧拉法在外流场的基础上获得过冷水滴撞击特性;求解三维热传导偏微分方程获得蒙皮的传热特性;采用交接面插值的方法实现防冰腔到外流场的热量传递;建立了考虑三维溢流效应的积冰热力学模型并在此基础上开展了机翼冰脊的数值预测.数值模拟结果表明:热气防冰系统开启时加热机翼表面温度最高可达308K,加热区后的上下机翼表面均有冰脊形成,通过对结果的分析表明该方法是合理可行的.      

机载热管冷板振动与加速度试验研究

为了考察机载振动与加速度环境对热管冷板传热性能的影响,以不同结构形式的普通铜水热管冷板与微热管阵列冷板为研究对象,搭建振动与加速度试验台进行试验。试验结果表明:Z向振动与加速度较X向与Y向对热管冷板传热性能的影响大,但振动的影响基本可以忽略,微热管阵列冷板受加速度的影响大于双U型普通热管冷板;加速度量级的增加对热管冷板传热性能的影响较小;双U型普通热管冷板在振动与加速度条件下的性能最优。     

射流微泡曝气器溶氧性能测试与工程应用

射流微泡曝气器是一种基于新型微泡生成机理的曝气设备,具有广泛的工程应用价值。射流微泡曝气器溶氧性能测试分析的结果表明:当新设计的射流微泡曝气器进气量从0.2m3/h增至2.0m3/h时,其氧总转移系数从0.052L/min增加到0.338L/min,理论动力效率从0.659kg/kW·h增加到4.284kg/kW·h。与其他类型曝气器相比,该型射流微泡曝气器的氧总转移系数和理论动力效率均有显著提高。此外,射流微泡曝气器应用于实际工程中,废水出水水质中化学需氧量的平均去除率可达到76.6%。     

Towards a cooperation between the arts,space science research and the European Space Agency – Preliminary findings of the ESA Topical Team Arts and Sciences (ETTAS)

The arts offer alternative insights into reality, which are explored by science in general, and broadened by the activities conducted by the European Space Agency [4] and other space agencies. Similar to the way the members of ESA are ambassadors for spaceflight and science, artists and cultural professionals are ambassadors for human expression, experimentation, and exploration. In June 2011, the ESA Topical Team Arts and Sciences (ETTAS) held a three-day workshop at the European Astronaut Centre in Cologne, Germany. During this workshop, topics and ideas were discussed to develop initiatives between the arts, sciences and ESA. The aim was to foster and expand the human and cultural aspects of space exploration, and at the same time offer a means of communication that aims to reach audiences beyond the scope of traditional space-related channels. The consensus of the team was that establishing and sustaining a transdisciplinary professional community consisting of ESA representatives, scientists and artists would fuel knowledge transfer, and mutual inspiration. Potential ways to provide a sustainable cooperation within and between the various groups were discussed. We present the preliminary findings including a number of measures and mechanisms to initiate and conduct such an initiative. Plausible organisational measures, procedures and consequences, as well as a proposition on how to proceed are also discussed. Overall, the involvement and cooperation between the arts, space science research and ESA will enhance in the citizens of the ESA member states the sense of public ownership of ESA results, and participation in ESA?s research.     

某涡轮导向叶片换热实验与计算

针对某涡轮导向叶片,实验测量了光滑叶片表面的压力系数和速比系数,并使用瞬态液晶测量技术获得了叶片全表面传热系数分布.分别使用shear stress transport（SST）,k-ω,k-ε和renormalization group（RNG）k-ε四种湍流模型模拟了相同结构尺寸的叶栅通道内的流动与换热,并与实验结果进行对比.结果表明:压力面压力系数沿弧长方向逐渐下降,吸力面上压力系数先快速下降达到最小值后缓慢上升（出现逆压梯度）.叶栅通道和叶片表面附近气流流动结构的复杂性导致叶片表面传热系数分布较为复杂.4种湍流模型对压力系数和速比系数的计算结果相互差别不大,计算数据也比较接近实验值.关于叶片表面传热系数,SST模型计算结果分布规律与实验接近,而其他3种湍流模型都没有能模拟出吸力面边界层分离对换热的影响.      

高超声速飞行器表面测热技术综述

高超声速飞行中飞行器表面气动加热量是飞行器热防护系统最为关键的设计输入,在理论计算与地面模拟的有限近似条件下,通过飞行试验实时获取真实环境下飞行器表面的气动加热量,并在此基础上完成对计算模型与地面试验的验证与改进具有重要意义。详细列举了20世纪50年代以来,国外具有代表性的飞行试验与测热方案。以“内置式”与“嵌入式”作为测热技术的分类特征,介绍了各类测试设备及相应的飞行试验结果。着重分析了“热匹配性”与“结构匹配性”作为关键因素对飞行测热技术的影响,通过飞行试验实例介绍了该问题的解决方法及工程经验。归纳了飞行测热技术发展的共性、特点与未来趋势,并结合当前我国发展现状,对该领域未来研究提出建议。     

火星车双向抽展式转移坡道展开原理及特性分析

我国首次火星探测任务将于2020年实施,一步实现"绕""着""巡"的目标。着陆器在火星表面软着陆后,火星车能否沿转移坡道安全转移至火星表面,关系着本次任务的成败。从火星车转移坡道功能要求出发,提出了一种双向抽展式转移坡道方案,解决了大展出比、驱动共用、可靠展开等关键问题,对其展开原理及力学特性进行分析,并开展了模拟火星重力环境的展开试验,为我国火星车转移坡道设计提供参考。     

空间充气薄膜衍射成像结构的热力耦合分析

随着空间光学技术的发展,衍射成像系统成为空间光学领域的研究热点。提出了一种充气薄膜衍射成像结构设计方案,针对其在空间热载荷作用下的热力耦合效应开展研究。建立了充气薄膜衍射成像结构的热力耦合顺序分析框架,基于I DEAS和ANSYS软件二次开发技术,实现了热力耦合数值分析,得到了结构在轨运行时的瞬态温度场、热应力、热变形等。分析结果表明,充气支撑结构产生了较大热变形,但最大热应力远小于聚酰亚胺薄膜材料的抗拉强度,而镜面中心处没有出现较大的热变形响应,为充气薄膜衍射成像结构的防热设计提供了技术支持。