一种一体化热防护系统综合效能量化评价方法

一体化热防护系统(ITPS)已经成为高超速飞行器关注的主要发展方向,承力和防热的双重作用使得ITPS能够显著降低飞行器的整体重量。在对ITPS进行综合效能分析时,需要考虑结构效率、材料性能、结构的可设计性和工艺的复杂性等因素。本文从ITPS设计的合理性、ITPS减重的可行性、设计的难易度、工艺的复杂度4个方面进行了讨论,为设计人员提供指导。     

改进k-ω-γ转捩模式对不同雷诺数下HIAD的转捩预测

高超声速充气式柔性减速器（HIAD）在气动力作用下会变形为波纹状，从而促进流动转捩为湍流，准确预测其转捩位置和壁面热流对热防护系统的设计至关重要。拓展了分离诱导转捩预测性能的改进k-ω-γ模式，同时具备对第1模态、第2模态、横流模态以及流动分离失稳的预测能力。本文将其应用于不同雷诺数下壁面波纹变形的HIAD边界层转捩预测，并与原始k-ω-γ模式的预测结果进行了对比，以评估和验证其对复杂转捩现象的预测性能。在此基础上，细致剖析了改进k-ω-γ模式的转捩预测机制。结果表明，改进k-ω-γ转捩模式可准确预测不同来流雷诺数下HIAD的转捩起始位置、转捩阵面形态和壁面热流分布。波纹壁面波峰处的转捩预测主要由构造的分离间歇因子猝发。而在波谷位置，第1模态、横流模态以及流动分离的贡献都很重要。以上研究显示了改进k-ω-γ模式在复杂外形中的应用潜力，可为多重不稳定耦合作用下的转捩预测方法发展提供参考。     

玫瑰扫描光学系统头罩气动热建模与仿真

在导弹高速飞行过程中，光学头罩的温度受气动热效应作用而急剧升高，会产生严重的气动热辐射效应。为研究头罩气动热对玫瑰扫描光学系统的影响，建立了基于CFD流体仿真软件的头罩温度场模型。在仿真软件对光学系统结构进行三维建模后，通过光学软件对头罩热辐射对探测器的影响进行了仿真和计算。仿真结果表明：玫瑰扫描光学系统对头罩的温度梯度较为敏感，当头罩温度非均匀分布时，探测器会接收到气动热辐射干扰信号，对弱小目标的正常探测和提取产生干扰，气动热辐射效应不容忽视。     

硅橡胶基防热涂层动态烧蚀行为及机理研究

针对两种典型硅橡胶基防热涂层开展高温燃气流烧蚀实验，通过对烧蚀后涂层的宏观及微观形貌分析，探讨了其防隔热机理及烧蚀模型。研究结果表明：烧蚀后两种涂层均存在液态层、陶瓷层、热解层以及原始层；烧蚀过程中甲基苯基硅橡胶涂层主要发生主链“回咬”成环反应，导致树脂基体交联密度降低，力学性能下降，涂层外表面发生开裂，甲基乙烯基硅橡胶涂层则主要发生侧基交联反应，使树脂基体交联密度上升，促进涂层发生陶瓷化转变；热辐射、热容吸热、热解反应吸热以及热阻塞效应为四种主要的热耗散机制，质量损失产生的原因主要包括反应气体释放以及气动剪切力导致的机械剥蚀。     

基于粒子群算法的飞机燃油箱热参数反演

为获取用于定量评估可燃性的飞机燃油箱热参数，从集中参数法建立燃油箱热模型的假设出发，基于粒子群算法和飞行试验数据，对某型飞机中央油箱热参数的反演进行了探索。选取了4种不同的参数作为目标函数，对比研究了目标函数的选取对热参数反演结果的影响。研究结果显示：反演得出的燃油箱热参数模型，其输出值与试验值变化规律一致，证明了该方法的有效性；其次以整体均方差为目标函数的反演结果与试验值最为吻合，模型输出值与试验值最大偏差为2.62 K；最后对整体均方差增加惩罚项的措施能够使反演后热参数模型满足适航规章的要求。     

三棱柱尺度比对尾流场的影响

应用粒子成像测速技术(Particle Image Velocimetry,PIV)对不同柱体截面尺度比H (H=3.8、1.9、1.2、0.9、0.7)的三棱柱在雷诺数Re=500条件下的尾流场进行定量测量。对尾流场进行定常和非定常分析,同时结合本征正交分解法和时间空间关联法,研究尺度比H对尾流场相干结构以及尾流场中涡街稳定运输区和涡街流向运输速率的影响。研究发现,三棱柱尺度比H的减小对尾流宽度、尾涡形成长度都有明显的促进作用,但旋涡脱落变慢,非定常性变弱。分析各阶模态对湍动能的贡献,发现随着尺度比H的减小,高阶模态湍动能占比之和有所增加。这就导致尾流场愈加不稳定,涡街稳定运输区域、涡街流向输运速率均减小。同时尾流宽度增大,尾流场阻力系数CD增大。     

空间热循环系统带载降温工况参数化分析

用数值模拟的方法，以承载和转运飞行器模型的模型车及其温度调节室为例，进行了大空间热循环系统带载降温工况入口参数的优化与分析。优化与分析的变量包括了低温流体的入口速度、入口温度和入口角度，优化目标为获得更高的模型车降温速率和温度均匀度。结果表明：模型车平均温度及温度标准差随入口速度的增大而逐渐减小，但变化率有所减缓。本研究所制定的降温策略1，即入口温度随降温时间的变化速率先快后慢，可获得最佳的降温速率和温度均匀度。入口角度对降温速率和温度均匀的影响相对较小。当入口角度变化范围处于-15°～15°时，模型车降温速率和温度均匀度基本维持不变，而在其他入口角度区间变化较大。     

带热障涂层固体发动机快烤特性有限元仿真

建立了发动机三维瞬态圆柱坐标的传热数学计算模型和发动机有限元仿真计算模型,通过导入快烤实验温度场数据,将仿真结果与试验结果进行对比分析,验证仿真模型的正确性；在药柱表面建立路径,记录每个时间点药柱不同位置的温度数据,并确定温度首先达到 550 ℃的危险点在药柱前端边缘处,得出涂层对危险点的延迟时间为 343.34 s；通过模拟 5 ℃/s和 10 ℃/s 2种不同升温速率的快速烤燃条件,对无涂层的对照组发动机和有涂层的发动机进行烤燃模拟,结果发现,升温速率为 5 ℃/s时,延迟时间为 182 s,升温速率为 10 ℃/s时,延迟时间为 191 s,延迟时间随升温速率的增大而增加,但总点火时间缩短。     

航空电气电弧、短路危害及保护研究

航空电气电弧、短路可能会导致难以挽回的损失,研究航空电气电弧、短路的危害及其保护措施具有 重要意义。通过试验室搭建民用飞机典型的115V/400Hz三相交流电气线路,选取金属导体作为多余物,采 用试验法对飞机电气电弧、短路故障现象进行研究,验证和分析传统热断路器的工作特性,确认电气电弧、短路 故障对电气线路和设备产生的危害程度;同时,分析三种更好的电气电弧、短路保护方法。结果表明:传统热断 路器仅对短路故障具有保护作用,对电气电弧不能产生保护作用;三种新的保护方法电弧检测和保护时间过 长,电弧已对导线和设备产品造成不可恢复的损坏。     

螺线管线圈式MEMS永磁电动机的热分析

针对一种螺线管线圈式MEMS（微机电系统）永磁电动机进行了热分析并给出了初步测温方案。介绍了此MEMS永磁电动机的总体设计方案，选用单晶硅衬底内二氧化硅绝缘的绕组达到散热性能优异的目的，利用ANSYS的稳态传热和静结构力学模块进行热固耦合模拟。在此基础上，通过数值模拟验证了电动机静子温度分布均匀，可将绕组和衬底视为无温度梯度。通过热固耦合模拟，得出不发生膨胀失配的最大工作温度为86℃和相应的最大发热损耗功率为2.83 W，据此预估电动机的额定工作性能，验证了本电动机的耐温能力和高功率密度潜力，最终设计的额定输出功率为0.362 W，计算的设计功率密度为0.117 W/g。