航天器热辐射器MMOD击穿泄漏特性分析及验证

针对空间站等长寿命载人航天器热辐射器在舱外受微流星体和空间碎片(MMOD)击穿后工质泄漏导致的热控系统失效风险问题,文章对热辐射器被击穿后漏孔的泄漏特性进行了分析,建立了数学计算模型,计算得到了漏孔孔径与泄漏容积速率关系。通过试验,验证了数学模型的准确性,结果表明:当泄漏孔径≤3 mm时,泄漏数学模型能够很好的预测泄漏的速率、压力等特性。可以为应用流体回路热辐射器进行热量排散的低轨航天器设计提供参考。

某载人航天器密封隔舱内CMG散热设计与分析

针对某载人航天器密封隔舱内单框架控制力矩陀螺(CMG)的散热问题,设计了射流式强迫对流散热系统,建立了隔舱内流动与传热仿真模型。通过仿真得到CMG转子表面气流和密封隔舱内流场分布特性,通过流动、传导和辐射耦合计算,获得了隔舱内设备温度分布,重点考察了CMG转子散热特性。仿真结果与真空热试验数据一致,验证了CMG散热设计的正确性和仿真模型的准确性。仿真分析方法和结果可为同类型密封隔舱内设备散热分析提供参考。

多支路并联流体回路流量分配影响因素分析

多支路并联流体回路热控技术在载人航天器上获得了广泛应用。外热流、重力场和管路阻力特性等因素会影响流阻,进而影响流量分配和散热能力,这可能会造成工质冻结并引起回路失效,威胁航天器安全,因此亟需针对影响流量分配因素开展分析。基于梦天实验舱6条并联流体回路建立简化模型,分别研究外热流、重力场和管路阻力特性对流量分配的影响,发现辐射散热带来的工质物性变化会导致各支路流量分配不均,外热流变化带来的回路散热量增加,以及重力场存在会加剧流量分配不均匀性。另外,回路在设计和运行时都要避免工质温度进入黏度剧烈变化区域,否则各支路流量容易受外部环境变化影响而发生较大波动。

基于障碍物的轴流泵叶片空化控制

基于前期水翼云空化控制与轴流泵空化机理的研究成果,面向轴流泵叶片的空化控制,设计并列障碍物条放置于叶片吸力面特定位置.采用数值模拟与水洞实验方法,研究障碍物的空化控制效果与机理.结果表明,障碍物虽然对泵的水力效率造成一定影响,在设计点效率下降5.6%,但诱发的前部高压可以有效控制叶片前缘片状空化的产生与发展.障碍物自身诱发了一定程度的剪切空化团,因与前缘空化产生机理与位置不同,剪切空化具备较强的抗扰动能力,能够有效抵抗来流干扰引起的空化不稳定性.

基于等效电路低温推进剂加注系统固有频率分析

系统的固有频率的研究对流固耦合振动具有重要意义,本文基于等效电路的方法,对低温推进剂加注系统固有频率开展研究,利用MATLAB/SIMULINK仿真软件搭建等效电路进行固有频率求解,最后计算了典型加注系统管路在不同管路参数以及流体物性参数下的系统一阶固有频率,该方法更为直观地获得管路参数和流体物性参数对系统固有频率的影响规律。研究表明,加注系统的固有频率与加注管道长度有关,在管径为0.15 m下当加注管从5 m增加到25 m时其固有频率减小了22.5%,且增加蓄压器后系统的固有频率也会减小。研究结果可为低温推进剂管路设计和减振防护提供技术依据。

基于机器学习方法的微通道热沉性能预测研究

本文提出使用机器学习方法快速准确地预测歧管-二次流混合结构微通道热沉的泵功率和总热阻。将混合结构微通道热沉的结构特征参数进行了无量纲化,利用计算流体动力学的方法获得数据集。测试了不同机器学习算法在混合结构热沉性能预测任务上的表现。结果表明在数据集有限的情况下,随机森林算法能准确地学习到无量纲结构参数与泵功率和总热阻之间的映射关系。本文研究结果将有助于微通道热沉的优化设计。

涡流发生器对水翼流动分离的控制作用研究

流动分离是引起水翼升阻比下降、诱发振动和噪声的重要原因。本文将涡流发生器应用于水翼,实验研究了涡流发生器对水翼上流动分离的抑制作用。通过在NACA0015翼型前缘设置一列微型涡流发生器,测试了不同来流速度下,水翼吸力面的压力分布。实验结果发现,涡流发生器应用于水翼时,可增大近壁面流体动量,从而延迟甚至抑制流动分离的产生。类似于空气中作用,涡流发生器的高度对其控制流动分离的效果影响很大,当高度相对边界层厚度较小时,涡流发生器能较好地抑制流动分离。然而随着高度增加,对效果的影响却是非线性的,其原因还有待于进一步深入研究。

仿生前缘流动与空化控制机理的数值研究

座头鲸快速游动或回转时,生长在鳍肢前缘的不规则凸结可诱发一定尺度的对旋涡,使鳍肢表层流场适当湍流化,在大载荷工况下抑制失速、确保鳍肢具有良好的推进性能;前期相关研究还证明,该流动结构对于水翼空化的控制也具有一定效果.为深入理解前缘凸结对水翼空化的控制机理,对泵叶片的抗空化设计提供有价值的参考,本文借助数值模拟方法研究了前缘凸结对NACA 63(4)-021水翼流动结构及空化形态的影响机制,基于已有参考数据证实了随来流工况变化凸结涡系的演变趋势,并明确了凸结流动结构对水翼空化弦向、展向发展的限制作用。由于现有仿生凸结的应用对象普遍为较厚的气动翼型,而在轴流泵应用中,叶片剖面翼型普遍为小攻角高流速的薄翼,本文还以某轴流泵的叶片剖面薄翼为对象,研究了仿生凸结对小攻角薄翼上空化形态的影响机制,并再次证实了凸结涡系对薄翼空化同样具有较好的控制效果。

基于高空化性能的对转泵喷推进器设计

推进器将动力设备发出的机械能转化成推力以驱动航行体前进,是决定航行体性能的关键动力装置.随航速提升,推进器易遭遇空化、噪声与推进效率下降等问题。结合高速推进的需求以及对转泵的性能优势,本文提出对转泵喷推进器结构,通过前后转子串联、反向旋转的形式,以更高密度的能量转化模型替代传统模式,在同等设计参数下实现转子转速、叶片载荷均相对较低,从而提升航行体推进器的抗空化性能及相关声学性能。文中基于某航行体性能参数,通过相似换算设计了实验模型泵喷及其实验系统,并基于数值模拟对推进器性能进行了研究。结果表明,对转泵喷推进器叶片的欧拉能量分布及载荷模型明显优于单转子推进器叶片,抗空化性能也有明显提高。