基于OpenFOAM的超临界压力下低温射流大涡模拟

为了深入认识低温射流在超临界压力下的流动特性,将真实流体热物性模型写入开源CFD程序OpenFOAM平台中,开发出了用于模拟超临界压力下流动过程的均相求解器。针对液氮跨临界、超临界射流进行大涡模拟,研究了环境条件变化对于低温射流流动特性的影响。结果表明：采用的真实流体模型能够在广泛的温度与压力范围内准确计算流体的热物理性质,在此基础上开发的均相求解器能够准确描述超临界条件下的低温射流,其流动特性主要表现为稠密液体与环境气体之间的剪切层不稳定以及湍流混合,此类变密度射流在湍流充分发展区域同常密度射流一样具有自相似特性;超临界射流相比于跨临界射流具有更高的混合效率以及更短的液核穿透长度;环境温度升高以及环境压力降低均使得低温射流与周边气体之间的密度梯度增加,对剪切层中不稳定波动的发展起到抑制作用,导致了射流液核长度的增加以及扩张角度的减小。     

低温技术在航天航空中的应用进展

低温技术在现代航天航空科学中已获得广泛应用,本文从以下几个方面较全面地讨论了低温技术应用原理并简要介绍了它们在国内外航天航空中的一些重要应用及其进展。1.低温液体液氢/液氧推进剂火箭的特点,应用现状及新一代低温液体推进剂——液氧/轻烃火箭的原理和特点;2.液氢/液氧燃料空天飞机及液氢、液化天然气燃料航空飞机的特性和应用现状;3.低温风洞可在全雷诺数范围内进行气动试验的原理及工作特性;4.低温技术在空间科学中应用的主要领域及所需温度和制冷量范围,各种空间低温制冷方法的特点和应用现状;5.低温技术在再入飞行器冷却、空间环境模拟器、飞行器环境控制系统、生命保障系统等领域中的应用原理和特点。     

载人航天器停靠封存期间防止热辐射器冻结的方法

提出了一种新的防止辐射器冻结的方法——辐射器低温循环系统方法,并对该系统进行了数值模拟。结果表明:辐射器内工质的流动对辐射器的温度分布有明显的改善作用;辐射器节点间的温差随回路中工质流速的增加而明显降低;回路中工质存在最佳流速,当超过该值时对辐射器的温度分布已无明显作用。     

加注流量对叶片式贮箱中气液分布的影响

针对推进剂在轨加注任务中,接受贮箱内气液位置不确定,排气和质心控制困难的问题,以NASA的FARE Ⅱ试验中的贮箱为参考,根据表面张力贮箱相关理论,建立计算模型.采用数值模拟的方法,对不同加注流量条件下,叶片式表面张力贮箱内气液分布进行研究.运用Fluent流体仿真软件,以肼为工质,对叶片式表面张力贮箱在轨加注过程进行数值模拟.仿真结果表明：加注流量越大,贮箱中部气液界面凸起越高;当加注流量超过临界值,流入的推进剂经过排气管排出.研究结果对于叶片式贮箱在轨加注过程中的流量控制具有参考价值.     

在轨加注用超声波流量计的设计与试验

针对航天器在轨加注对推进剂流量的精确测量要求,研制了在轨加注用超声波流量计。在对传播时间法研究的基础上,提出流量计管路布局的设计要求,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)的方法模拟4种不同管路布局(直角型、45°锐角型、直线型和圆弧型)对流体速度分布的影响,对比得到了优化的管路布局。信号处理电路使用斩波稳定比较器,通过阈值比较法,保证了传播时间的测量精度。流量计经标定后,在量程（0～150g/s）范围内可达到0.1%的测量精度。为了验证在轨加注过程中流量计的作用,在地面环境下进行了在轨加注地面模拟试验,试验表明超声波流量计在推进剂在轨加注中使用是可行的和必要的。     

低温风洞新形式——换热引射式低温风洞

提出了一种新的低温风洞形式-换热引射式低温风洞.这种风洞比连续式低温风洞可以减少投资经费,比引射式低温风洞可以降低运转费用.风洞主要采用了换热器回收大量的风洞排出的低温气体来加热引射气流.经计算分析表明,这种形式风洞的液氮消耗量不仅远低于引射式低温风洞,甚至在很多运行工况低于连续式低温风洞.若能解决参数控制等问题,预计具有良好的应用前景.     

空间飞行器用的VM循环低温制冷机研制

本文叙述了用于空间飞行器的VM循环低温冷机的研制。它也用在野外、机载红外雷达、高级夜视或前视装置上。该机具有振动小、寿命长、运转可靠等优点。采用优化设计,精确选择各个结构参数,设计了特殊的同平面双行程驱动机构和良好的传热装置以及先进的磁力传动器,研制出风冷和水冷两种不同型式的单级77K制冷机。试验证明,各项性能指标均达到设计要求,性能稳定,运转可靠。     

新型低能耗飞机液压系统低温试验方案研究

由于机载液压系统产品在整个飞行包线内会经历低温环境的考验,为了充分验证飞机用液压系统产品在低温环境下性能的可靠性,本文针对液压系统开展低温试验的多种设计方案进行对比,并对其中的三种低温试验方案进行分析,明确各自适应的试验类型,最后通过对比各种方案的优缺点,提出了一种可以满足长时间、低功耗、大流量的液压系统低温试验的全新方案。该方案通过实测满足了试验要求,并达到了预期高效节能的效果。     

基于低温烧结银的航天功率模块基板大面积连接工艺改进

由于传统航空功率模块中大面积基板连接采用锡铅焊料,可靠性不佳,本文采用烧结银进行大面积基板连接,研究了接头的力学性能、断裂模式和显微组织。结果表明:接头力学性能良好,平均剪切强度为45.18 MPa,呈现出内聚失效和韧性断裂模式,粘接层的孔隙率为4.82%,显微结构致密均匀,界面结合良好。改进的大面积烧结银工艺只需印刷一次焊膏,采用快速升温速率提高烧结银致密度,并将烧结压力降至2 MPa,可以满足航天功率模块中基板连接的要求。     

缠绕用低温快速固化氰酸酯树脂的改性

针对湿法缠绕工艺,在不影响固化温度条件下用TDE-85对氰酸酯树脂进行改性,对改性前后树脂性能进行对比研究。结果表明:环氧与催化剂混合物在40℃时黏度低于1 Pa·s,且能维持超过214 min,能够满足湿法缠绕的工艺需求;环氧含量低于10 wt%时,起始固化温度不超过77℃,在80℃的凝胶时间为30min左右,仍满足低温快速固化要求;当TDE-85含量为10 wt%时,树脂浇铸体力学性能最优,其拉伸强度、弯曲强度、冲击强度分别为46.2、83.4 MPa、10.8 kJ/m^2;但环氧的加入对氰酸酯的吸湿性和耐热性能均有一定负面的影响。