可重复使用飞行器热走廊物理建模研究

对再入热走廊的物理含义进行了定义分析,为使防热层温度不超过热防护系统所允许使用的极限温度,可重复使用飞行器的飞行轨道必须在再入走廊热之内。建立了可重复使用飞行器再入热走廊的物理模型,给出该物理模型下热走廊的控制方程和求解方法。通过对航天飞机轨道器典型位置的再入热走廊与传统方法的验证分析,说明本文建立的可重复使用飞行器再入热走廊物理模型和求解方法是正确的,同时探讨了表面材料承受温度和发射系数对热走廊的影响规律。     

采用非均匀防热材料进行高速飞行器防热设计的防热效果研究

本文提出采用非均匀防热材料进行高超声速飞行器防热设计的设想,设计出外层部分为抗烧蚀、抗剪切的紧密结构材料,内层为密度轻、隔热效率高的稀松材料,中间为逐渐过渡层的非均匀防热材料,数值模拟了非均匀防热材料的烧蚀防热情况,探讨了非均匀防热材料在飞行器防热设计中应用的可行性和防热效果,通过本文研究发现采用非均匀防热材料可以降低原始材料质量消耗,大大减轻防热结构重量,减少向内部结构传导的热量,降低内部结构的温升,这些优点显示了非均匀防热材料具有很高的防热效率和广阔的应用前景.     

内嵌定向高导热层疏导式结构热防护机理分析

针对飞行器高超声速飞行时严重的气动加热环境, 提出内嵌定向高导热层的疏导式热防护系统. 运用数值方法分析了特定条件下内嵌定向高导热层的疏导式系统的防热效果, 外壁面最高温度下降了9.1%, 内壁面最高温度下降了31.5%, 高温区和低温区都被封闭在外层区域, 内层温度更加均匀, 实现了热流由高温区向低温区的转移, 削弱了高温区的热载荷, 强化了整体结构的热防护能力. 研究表明, 随着气动热流密度比与辐射散热面积比的增大, 疏导结构的冷却效果增强. 本文还对疏导防热系统的结构参数和材料参数对冷却效果的影响进行了分析, 为结构的设计和材料的选取提供一定的依据.     

材料防热的多尺度现象与防热建模

新型高速飞行器返回再入及在大气层内飞行的过程中面临多样化的气动加热环境, 材料工艺的改进和多组分的添加使材料高温热响应特性变得更加复杂, 并呈现多尺度特性.文章从飞行热环境、材料工艺特征和细微观响应等方面对材料防热机理和建模方法进行了阐述, 对不同类型飞行器热环境特征与防热建模难点进行了分析, 对各类防热材料工艺与热响应特点进行了总结, 提出了防热建模分析中需要重点关注的几类问题并给出了典型的应用案例, 最后重点介绍了基于微观的组分高温热物性预示方法和材料优化设计的案例与验证方法, 以期对新型飞行器的防热设计有所助益.      

风洞热结构考核中温度场相似准则问题研究

高速飞行会让飞行器结构承受大量的气动加热从而导致结构温度或应力失效,高超声速飞行器设计过程中通常需要进行结构考核试验。受风洞设备能力限制,试验模型尺寸、来流条件等方面与实际飞行条件存在很大差异。对真实模型进行缩放处理后进行风洞热结构考核,并通过相似关系转换获得真实飞行器结构温度情况,为飞行器防热布局设计提供有效数据支撑,有着迫切需求。本文通过热传导方程对模型相似参数进行讨论,并根据风洞试验实际边界情况进行了讨论研究。获得了具有针对性的相似准则关系。最后,经过对提出的相似参数进行的算例考核计算和初步分析,验证了该相似准则的正确性。     

临近空间高超声速飞行器气动力及气动热研究现状

临近空间高超声速飞行器具有速度快、突防能力强、杀伤力大等特点,是当今世界各军事强国新型武器的重点发展方向.其中,气动力和气动热是高超声速飞行器的两项重要指标,也是高超声速技术研究的重点内容.文章综述了国内外临近空间高超声速飞行器气动力及气动热研究现状,分析了研究的发展趋势,并分别从工程计算、数值仿真以及实验研究3个方面介绍了高超声速飞行器气动力及气动热的研究技术和方法.      

高超声速飞行器磁控热防护系统建模分析

针对高超声速飞行器防热, 搭建了螺线管磁控热防护系统的物理模型. 采用低磁雷诺数磁流体数学模型, 分析了外加磁场强度及磁场形态对磁控热防护效果的影响. 对比了三种磁场类型(磁偶极子、螺线管、均布磁场)下磁控热防护效果的差异, 分析了螺线管几何参数对磁控热防护效果的影响. 研究表明, 磁场降低表面热流作用存在“饱和现象”; 三种磁场形态的磁控热防护能力从小到大依次为磁偶极子、螺线管、均布磁场; 相同驻点磁感应强度条件下, 增大螺线管半径有利于提高磁控热防护效果, 缩短螺线管与驻点距离不利于驻点和肩部防热, 螺线管长度对磁控热防护效果影响相对较小.     

飞艇红外探测系统探测高超声速目标性能研究

以X-51A为例,研究了飞艇红外探测系统对临近空间高超声速目标的探测性能。首先,根据飞行器的飞行状态和飞行高度建立了临近空间高超声速目标不同波段的红外辐射特性模型,以及随高度变化的目标背景红外辐射强度模型;其次,综合考虑飞行器与飞艇高度、地球曲率及红外辐射在大气中传播的波段选择性等因素,建立了红外辐射在临近空间大气中传播的透过率模型;在此基础上,建立了飞艇红外探测系统对高超声速目标的探测距离模型。通过仿真得到了临近空间高超声速目标在不同飞行状态下3个波段的红外辐射强度随目标飞行高度变化的曲线,以及飞艇红外探测系统对飞行器在不同飞行状态下3个红外辐射波段的探测能力。研究结果表明:飞艇红外探测系统对高超声速目标的有效探测距离可以达到百公里量级;当飞行器飞行状态一定时,随着飞行器飞行高度的增加,系统对目标的探测距离先增大后减小;与长波波段相比,中短波波段的探测距离更大,并给出了临近空间飞艇应尽量布置在海拔高度大于18 km的高空中的部署建议。     

非惯性弹道飞行器气动布局设计实践

从阻力主导惯性再入到升力主导机动再入是无动力高超声速飞行器的主要发展方向, 文章讨论了任务使命动力配置飞行模式及总体规模限制下的布局设计原则, 研究了不同构型升阻效率及升力载荷系数与模线形状横截面形状及容积利用率分段装填容积间的关系, 探讨了包括拉起/下压滑翔弹跳/滑翔等射面机动与Z字螺旋锥形空间机动等飞行模式与匹配的气动操纵面设计质心布置压心/静稳定裕度纵横向静动稳定性等, 从热安全角度提出了总体/气动/防热/结构/弹道/控制等多物理场高度耦合下的飞行器热力气动布局多学科设计优化, 结合非惯性弹道飞行器气动布局设计问题, 给出了满足分段容积要求防热要求及操稳要求的飞行器气动构型设计优化实例.      

基于粒子群的高超声速飞行器闭环制导研究

对于高超声速飞行器的研究来说,凭借其超高的飞行速度和飞行高度,能够在短时间内飞行更远的距离。为了达到作战要求,需要规划整个飞行轨迹,而最为重要的便是上升段的制导问题。本文以X-33高超声速飞行器模型为研究对象,提出基于粒子群算法的闭环制导策略,实时修正飞行轨迹,使飞行器最终准确到达目标位置;并对该方法的可靠性进行了仿真验证。仿真结果表明,基于粒子群算法的闭环制导策略优化精度高,物理概念明确,能满足高超声速飞行器上升段的闭环制导需求。     

潜热型热功能流体强化换热分析

本文建立了分析带有相变微胶囊的潜热型热功能流体的流动和换热过程数理模型,应用有限差分法和移动热源法进行联合求解。计算结果表明,相变微胶囊的加入:较好地提高了流体的换热性能。获得了相变颗粒大小和体积分数对强化换热影响等结果。计算结果对该类流体的设计和应用提供了理论依据。     

热质的运动与传递-热波

根据爱因斯坦狭义相对论,热量具有其对应的相对论质量,并且引入了描述热质(热量)运动的连续方程、动量方程.本文根据热质(热量)运动控制方程组,导出了热质(热量)的波动方程,证明了热量具有波动的传递方式,当热质动能与热质的耗散在同一量级时,得到了有限的热波传播速度.分析了热波产生的物理机制.基于热质理论的热波模型与CV模型进行了比较,指出了CV模型在物理上的缺陷.最后对一维热波的传播过程进行了数值模拟,给出了超快速导热过程的物理图像.     

CW激光对铝合金薄板的热应力破坏的模拟计算

 用有限元法模拟计算了连续激光对受预载荷作用的铝合金薄板产生的热应力破坏，得到了破坏阈值与预载荷、激光功率密度及激光波长的关系。计算中考虑了材料的物性参数如表面耦合系数、屈服强度、膨胀系数等随温度变化而改变。所得结论与文献[1]对铝合金材料的实验结果在量级上相符。     

类前缘外形防热层的瞬态热响应计算研究

本文针对可重复使用热结构,计算研究了类前缘外形热结构防热层瞬态热响应问题,探索分析了前缘防热层的热响应特征．在计算中成功地实现了任意坐标变换下代数网格生成,并求解了任意坐标下的热传导方程,为进一步开展外流场／结构热响应全耦合一体化计算研究打下了基础．     

热凝固对生物组织热物性影响的实验研究

本文以蛋清为实验对象,研究了热凝固对生物组织热物性的影响,测量方法为阶跃温升法。实验结果表明,热 凝固后,蛋清的热导率平均上升了6.60％。因此,生物组织的热物性不但与其化学组成有关,还与其物理状态有关;采用 热凝固的方法治疗肿瘤时,应考虑热凝固对其热物性的影响,从而实现更加有效的治疗。     

类前缘防热层流场与热响应耦合计算研究

本文在以往对类前缘防热层热响应计算分析基础上,进一步研究实现了外流场高超音速NS方程数值计算表面气动加热与防热层结构热响应的耦合计算,这对于常用的非耦合计算方法来说是一进步,也为进一步开展外流场/结构热响应/热应力全耦合一体化计算研究和防热层表面吹气强化传热问题的场协同研究打下了基础。     

半无限体内双圆柱亚表面热波散射问题的研究

本文基于非傅里叶导热定律,采用波函数展开法,研究了含双圆柱缺陷非透明半无限体中热传播问题,给出了基于热传导波动模型的热波散射问题的一般解．温度波由调制光束在材料表面激发,缺陷表面的边界条件为绝热,分析了各物理参数对温度分布的影响,特别是热波波长对温度变化的影响,并给出了温度变化的数值结果。     

纳米低温保护剂导热机理分析

纳米低温保护剂溶液比传统的低温保护剂溶液具有更好的导热性能,纳米微粒能够显著提高低温保护剂溶液的降温速率.本文探讨了纳米低温保护剂溶液导热性能的影响因素,提出了纳米低温保护剂导热模型,并通过与实验测得的数据进行了比对分析,结果表明所提出的模型是合理的.