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可重复使用飞行器热走廊物理建模研究

王安龄 , 桂业伟 , 唐伟 , 金玲

工程热物理学报

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.

关键词: 重复使用飞行器 , 气动热 , 热防护 , 热走廊

探路者号火星探测器气动热和传热耦合分析

杨肖峰 , 唐伟 , 桂业伟 , 刘磊 , 肖光明

工程热物理学报

本文建立高超声速气动热和结构传热的松耦合计算方法,以探路者号火星探测器为研究对象,开展了探测器高超声速气动热和结构传热的耦合计算研究,分析了探测器进入条件下某轨道点上气动加热和结构传热机理.耦合计算表明,随着时间的推进,表面结构温度逐渐升高,壁面热流相对降低,表面趋向辐射平衡温度.因热防护系统结构传热时间尺度长于飞行器进入过程总时间,探测器进入的真实过程滞后于辐射平衡过程.耦合研究表明,使用耦合计算方法能较好地再现真实的气动加热和结构传热过程.

关键词: 火星探测器 , 气动热 , 传热 , 耦合

序贯径向基模型在气动热分析中的应用

吴宗谕 , 罗文彩 , 陈小前 , 陈勇

工程热物理学报

针对高超声速飞行器气动热分析中采用CFD仿真计算耗费大,不符合概念设计阶段要求进行大量方案评估的问题,采取径向基近似模型代替高精度的CFD仿真模型,大大减少了高超声速飞行器气动热分析时的计算量.提出了一种新的序贯加点策略,将其应用于径向基近似建模过程中,提高了径向基近似模型的精度.将该近似模型应用于高超声速飞行器驻点气动热分析中,和普通径向基近似模型对比可知,本文提出的序贯径向基近似模型能够以较小的代价得到较高的精度,具有推广的价值.

关键词: 径向基模型 , 高超声速飞行器 , 气动热 , 序贯加点

基于阻塞比的真空管道交通系统热压耦合研究

贾文广 , 董晨光 , 周艳 , 段瑞响 , 李庆领

工程热物理学报

利用Ansys仿真软件,基于黏性流体的Navier-Stokes方程和κ-ε双方程湍流模型,首次在热压耦合条件下建立真空管道交通系统三维数学模型及物理模型,对不同阻塞比条件下的真空管道系统运行进行数值仿真.结果表明:在列车速度和系统真空度一定的条件下,在温度场中,阻塞比越大,系统所产生的气动热越多,其增长趋势随阻塞比呈指数增长.在压力场中,随着阻塞比的增大,系统驻点处压力逐渐增大,但增长逐渐缓慢;涡街区域压力逐渐减小,且有加速减小趋势;列车首尾两端压差整体上呈线性递增趋势.

关键词: 真空管道交通 , 阻塞比 , 热压耦合 , 气动热 , 气动阻力

飞船返回舱气动热及烧蚀防热的不确定性初步研究

王安龄 , 桂业伟 , 耿湘人 , 贺立新

工程热物理学报

由于飞船返回舱的气动加热和热化学烧蚀是非常复杂的变化过程,许多参数很难测定,并且与材料制造工艺水平密切相关,目前使用的数据存在较大散布,需要研究这些不确定因素对防热效果的具体影响.本文数值模拟了炭化材料的烧蚀热响应过程,研究了气动加热及材料参数的不确定性对计算结果的影响,在对计算结果进行分析的基础上,定量地研究了这些不确定量对烧蚀防热影响大小,说明了防热材料的各物理量对烧蚀防热影响重要程度完全不同,应该对几个关键参数进行深入细致的研究.

关键词: 气动热 , 热防护 , 烧蚀 , 炭化

瞬态热冲击环境下超硬铝合金7A04的力学性能

吴大方 , 潘兵 , 王岳武 , 赵寿根 , 杨洪源 , 黄良

金属学报 doi:10.3724/SP.J.1037.2010.00660

使用瞬态气动热实验模拟系统对超硬铝合金7A04在不同瞬态高温热冲击条件下的力学性能进行了气动热模拟和热载联合实验研究,得到7A04在热、力学环境共同作用下的高温强度极限和承载时间等重要表征参数.实验结果表明:超硬铝合金7A04在短时热冲击环境下的强度极限比航空材料手册中长时间恒温下测量的强度极限有明显提高,这为航空航天材料和结构在短时高速热冲击环境下承载能力的提升和结构优化设计提供了可靠依据.

关键词: 铝合金 , 热强度实验 , 气动热 , 强度极限

高超声速飞行器控制面热防护技术跟踪研究

王立研 , 王菁华 , 李军 , 杨炳尉 , 陈浩

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2016.01.002

简要介绍了高超声速飞行器控制面的气动热环境特点,在此基础上,从热管理的角度对各种类型的热防护方案分别进行分析,论证了高超声速飞行器控制面采用热结构方案的合理性;并对高超声速飞行器控制面热结构方案的特点和进展、改进热结构的途径进行了综述和分析.

关键词: 控制面 , 气动热 , 热管理 , 热防护 , 热结构

X43高超声速飞行器的飞行热走廊研究

金玲 , 王安龄 , 桂业伟 , 耿湘人 , 唐伟

工程热物理学报

建立飞行器的热走廊物理模型和求解方法对于设计飞行器防热结构、确定飞行轨道和优化气动外形等均有重要的工程应用价值,本文对X43高超声速飞行器的飞行热走廊的物理含义进行了分析,初步建立了飞行热走廊的物理模型,给出了该物理模型下飞行热走廊的控制方程和求解方法,通过对X43高超声速飞行器典型位置的飞行热走廊的计算,研究了高超声速飞行器的热走廊规律和特征,研究了防热材料的性能对飞行走廊的限制,明确了防热材料的关键防热参数,通过研究发现: (1)防热材料的发射系数越大,其对应的热走廊越宽阔,飞行轨道的选择余地也越大; (2)不同位置、不同流态对应的热走廊边界不同,推迟转捩发生可以增加热走廊区域,有利于防热.

关键词: 气动热 , 热防护 , 热走廊

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