飞行器层板式前缘热管防热结构等效热分析

针对高超声速飞行器前缘尖锐部件所面临的严重气动热,提出层板式前缘热管防热结构。为避免前缘热管内复杂的两相传热传质计算,对高温热管蒸汽腔的传热进行了等效导热分析,讨论了蒸汽腔的等效导热系数的计算方法,与常规高温热管试验对比验证了计算方法的准确性。对该结构热防护效果的计算表明,当飞行器在34 km高度以7Ma速度飞行时,以IN718为管壁材料、Na为工质的层板式热管对头部半径为15 mm的前缘结构具有良好的热防护效果。     

气氧甲烷溅板式层板喷注器燃烧特性试验分析

采用试验方法分别对单喷嘴和多喷嘴溅板式层板喷注器燃烧特性进行研究,考察不同工况下喷注器面板热载情况,得到不同混合比、不同结构参数对燃烧室压力分布和燃烧效率的影响规律。试验结果表明:混合比对多喷嘴喷注器燃烧室压力影响不大,但对燃烧效率有较大影响。对于单喷嘴喷注器,燃烧效率随着混合比的增加而增高。相同条件下,增大扩张角及出口层宽度有利于提高喷注器燃烧效率,但会引起喷注面板热载增大,各喷注器喷注面板均产生不同程度的变形或失效。该结果对于正确指导层板式喷注器的设计以及筛选喷注器结构具有重要意义。     

溅板式层板喷注单元燃烧特性数值分析

为了获得喷注单元结构参数对喷注器燃烧特性的影响规律,利用数值分析方法对单喷嘴溅板式层板喷注单元气-气燃烧特性进行研究,考察燃烧室特征长度及出口层喷嘴宽度对气氧/甲烷流动及燃烧特性的影响。在求解气-气燃烧流场方面,采用带化学反应的湍流N-S方程进行描述,其中化学动力学反应模型采用简化的单步9组分模型。研究结果表明:燃烧室特征长度的增大有利于特征速度效率的增加;该条件下采用溅板式层板喷注单元所对应的燃烧室特征长度约为600 mm。对比分析发现,出口层喷嘴宽度取0.15 mm时,水组分摩尔分数与热力计算值差别最大;当其值取1.05 mm时,燃烧室头部区域截面温度上升最快,取0.45 mm时上升最慢。总的来说,出口层喷嘴宽度取0.75 mm时,燃烧长度最短,燃烧效率最大。     

热流体层板装置研究进展及应用综述

层板技术自提出以来,就因其特殊的流道构型、精确的尺寸及定位,以及能解决各种复杂的流动及传热问题而得到快速发展,可以说层板技术是科技发展史上一次重大的技术革新。简要概述了层板技术的特点及发展情况;对近年来国内外层板装置的一些典型新应用,如层板式喷注器、层板燃气发汗鼻锥、层板式流体混合器、层板式高速船推进器、层板式消声器等进行了介绍;对层板技术的加工工艺与3D打印技术相似的加工思路进行了阐述。     

热推力器层板换热芯流固耦合传热与流动仿真

热推进技术采用小分子量气体作为推进剂可以获取较高的比冲,是具有巨大应用前景的空间推进技术,而提高热推力器换热芯换热效率是目前亟待解决的问题。本文设计了基于层板结构的换热芯,结合层板结构的传热特点与流固耦合传热理论,对层板换热芯传热和工质流动进行了模拟计算。根据耦合传热理论,将层板与工质的导热简化为系统内部边界条件,通过仿真计算得到了层板流固耦合温度场和流场分布特性,工质可以被加热至2300K以上,验证了层板结构用于热推力器换热芯的有效性。