高超声速飞行器综合热管理系统性能仿真与优化

本文为解决高超声速飞行器长时间飞行过程中面临的气动加热与设备发热问题,对高超声速飞行器综合热管理系统展开了研究。 设计了一种飞行器综合热管理系统,包含热控子系统与热防护子系统,利用Matlab / Simulink 对系统展开了动态仿真,基于[火积]分析对系统中换热器面积进行优化。 得到热控和热防护两个子系统的最优储冷材料质量分别为11. 2 kg 和 64 kg,在系统中添加流量调节模块,使系统在28% 的时间段内处于低泵功状态运行,优化后热控子系统的换热器减重约 11. 5%,热防护子系统的换热器减重约24. 1%。

飞行器主动冷却热防护通道设计与分析

飞行器以高超音速巡航时,表面会产生巨大的气动加热。本文通过对比不同截面形状的热防护通道流动与传热性能,设计了一种新型的飞行器主动冷却热防护通道,并对其进行了分析。取飞行器前缘单个流道作为分析对象,结构由外壁面、内壁面、多孔支撑结构和流体管道区域组成。在迎风面、背风面、前缘面分别施加150 kW,25 kW和750 kW的热流密度,固体材料与多孔材料均为耐高温镍基合金。结果显示矩形流道对飞行器防热结构外壁面的冷却效果最佳,三角形流道对飞行器防热结构内壁面冷却效果最好。而本文设计的新型通流结构可以有效结合两者内外壁面的冷却优势。同时,航空煤油代替液态水作为冷却剂时,飞行器主动热防护结构具有较好的热工水力性能。