高超声速飞行器的动态热密封技术研究进展

高马赫数飞行带来的气动热一直是制约飞行器向更大速域和空域发展的最大因素,特别是针对飞行器发动机尾喷管和机体之间、飞行器尾翼控制舵等有较大动态间隙部位,对其进行动态热密封的技术难度也远高于一般的机身表面防热;因此,动态热密封技术成为各国在新型高超声速空天飞行器发展中需要突破的重要瓶颈。本文以X-38等飞行器为例,对国外动态热密封技术进行了简要介绍,并对其主要技术类型和关键性能测试方法进行综述,最后对动态热密封技术的发展进行了总结和展望。

飞行器典型热密封结构

对航天飞机、X-38和X-51等飞行器的热密封结构进行了综合评述。分析了机身TPS、机身开口部位及控制面三个安装部位的热密封结构特点,综述了其热密封组件的研究历程和使用现状。

航天器舱体热密封结构多物理场耦合数值分析方法研究

综合考虑航天器舱体外围高超声速流动、密封带及舱体结构传热以及密封结构内部的空腔流动传热,提出航天器高温热密封结构的瞬态多物理场耦合分析方法。利用改进型Van Driest变换方法进行高超声速流动环境预测,基于高斯-赛德尔分块迭代耦合方法完成一体化耦合计算方法。采用包含不同材料结构部件的复合结构,计算了0-200 s内有无密封塞两种情况下的各部分结构的瞬态热传导过程。结果表明,密封塞的使用可显著降低空腔内的最高温度,瞬态变化情况的考虑更加准确地反映了各部分结构部件及内部空腔的温度变化情况。该文的计算方法可广泛应用于航天器热密封结构的传热特性分析,可为火箭等航天器上的高温密封部件设计提供有效的数值分析工具。

热密封件用三维编织物压缩性能试验研究

针对热密封件的使用特性,引入了新型三维编织结构热密封件。采用单向压缩和循环压缩方法,对三维四向、三维五向编织结构热密封件进行了室温压缩试验。试验结果表明,三维编织结构热密封件具有良好的可压缩性,在循环压缩时,表现出良好的压缩回弹性。在试验的基础上,分析了该类三维编织结构热密封件循环压缩峰值载荷和载荷保持率随编织工艺参数的变化规律。通过减少纱线细度或增大编织角,有利于提高材料的压缩性能。此外,三维五向编织结构热密封件的压缩回弹性能高于三维四向编织结构热密封件。

立体编织石英纤维热密封环的气密性能

为研究立体编织物直接应用作为热密封材料的气密性能。结合实际使用工况,选用石英纤维制作了纤维体积含量为50%的三维四向、三维五向及二维包芯3种编织结构的环状热密封制件。采用泄露实验分别对其进行了气密性能测试,得到了3种编织物在不同压差和不同压缩率下的气体容积流量,并计算出3种编织物在各个阶段的气体渗透率。研究结果表明:3种密封环的气密性能均达到密封要求。其气体渗透率随压差的增加而逐渐增加,但随压缩率的增大而逐渐减小。在相同条件下,三维整体结构织物气密性能优于二维包芯织物,其平均气体渗透率是二维织物的35.5%,且三维四向编织结构热密封环在各个阶段的气体渗透率均为最小,气密性能最好。

三维编织石英纤维热密封材料气密性能研究

引入三维编织石英纤维织物作为热密封材料,对三维四向、三维五向编织结构热密封材料试样进行了不同压缩率下透气性能试验。分析了三维编织结构热密封材料气体渗透量随压缩率、压差及编织工艺参数的变化规律。结果表明,通过优化编织结构,有利于提高试样的气密性能;试样的平均气体渗透量受纤维体积含量影响,随压缩率的增大而降低;在压缩率为10%与20%时,纤维体积含量为50%的三维四向试样相比气密性能更好,平均气体渗透量分别为1.14×10^(-6)、9.29×10^(-7)kg/(s·mm);当压缩率增加到30%时,试样出现明显剪切变形和碎裂,试样失效。通过合理设计,三维编织石英纤维织物可满足密封材料气密性能要求。

高速机载导弹防热密封与便捷维修材料应用研究

为了解决高速机载导弹在严酷服役环境中弹体热防护和快捷维修等问题,对弹体防热密封(STP)和热防护外场维修保障(OMSTP)开展研究。提出防热密封-便捷维修双用途(STP-OMSTP)材料的概念和相关要求;围绕使用维护等需求,对常见防热涂层配套修补和密封材料与STP-OMSTP材料进行对比试验。结果表明,STP-OMSTP材料具有防热密封效果好、维修操作便捷、环境适应能力强等特点,明显优于传统的修补和密封材料。

窑车热密封结构的改进

介绍了一种窑车热密封结构的改进措施采用此改进可确保良好的热密封

编织热密封组件的高温密封性能

为研究编织热密封组件直接应用于高温工况环境下的密封性能,选用三维双股编织绳和双层三股编织弹簧管2种密封组件。基于多孔介质的Kozeny-Carman方程,建立了2种密封组件的密封泄漏模型。采用高温密封试验分别对其进行了高温密封性能测试,得到了2种高温密封组件在不同压差、不同工况温度环境下的泄漏量,验证了模型的有效性。研究结果表明:三维双股编织绳和双层三股编织弹簧管密封组件的泄漏量均随着压差的不断增加而逐渐变大,而随着温度的增加逐渐降低。在相同工况条件下,双层三股编织弹簧管密封组件的泄漏量均小于三维双股编织绳。研究结果可为适用于高温环境密封结构的选择提供参考依据。

隧道窑窑车热密封系统的改进

介绍了窑业制品如砖瓦、陶瓷等用隧道窑窑车热密封系统的改进措施。经改进,提高窑车车轮的耐久性、降低窑炉的燃耗量、准确控制窑内气氛和窑压。

隧道窑窑车耐火性、耐用性和热密封性的改进措施

介绍了隧道窑窑车系统结构耐火性、耐久性和热密封性的改进措施。

包装用塑料薄膜热密封技术

对包装用塑料薄膜制品封合工艺中,常用的各种热密封技术和工艺方法予以较全面和详细的评述。

二维多孔热密封材料的有效导热系数模拟

本文对于二维多孔热密封材料的有效导热系数模拟提出一种简单有效的方法,它可以模拟介于固相连续和固相不连续之间的任何形式的孔隙分布结构,通过类比多孔渗流模型得出一种相关系数,再根据热阻串并联的关系计算四种可计算模型的有效导热系数,通过相关系数得到具体模型的有效导热系数。本文的模拟方法可以控制孔隙率、孔径、孔隙分布、温度等影响有效导热系数的重要参数,考虑了辐射的影响,而且模拟简单,计算快速,模拟结果与文献中实验的结果相比较能很好的吻合,验证了本文方法的正确性。

快关蝶阀密封副瞬态热及碰撞冲击研究

为准确评估动态升温过程中结构是否安全,基于经典赫兹接触理论、旋转动力学以及碰撞冲击理论,采用数值仿真方法对快关蝶阀分别进行瞬态热-结构耦合分析与瞬态动力学分析研究,对比研究了不同升温速率、不同关闭时间及不同密封面宽度对快关蝶阀结构强度及阀座密封性能的影响规律。研究表明:快关蝶阀的最终热应力和阀座密封面接触压力均随着升温速率的增大而增大,当阀门内壁升温速率小于0.225℃/s时,阀门的结构强度及密封可满足要求;分析快关蝶阀瞬间冲击速度以及快关过程总位移量,并与理论推导得出的数值对比,误差均在5%以内,快关冲击对蝶阀蝶板的影响程度大于阀座,进一步研究得出了冲击速度、撞击面积关键参数对阀门冲击的影响规律。

高速公路沥青路面密封胶热熔灌缝养护施工技术

我国高速公路路面结构很多都是采用沥青混凝土,这种路面结构建设时通常都会采用集料、沥青胶结料以及填料等,其设计类型不一样但都设置了一定空隙率,由于受到外界行车荷载以及气候方面影响和作用,高速公路沥青路面在运营很长时间后都会出现不同程度的裂缝,其裂缝类型可以分为横、纵向裂缝和网裂等,如果不能第一时间对这些裂缝问题进行处理,病害问题会越来越严重,甚至会对公路基层产生不利影响,最终会威胁到路面行车的舒适度以及群众生命,所以,要求采用相关技术对沥青路面裂缝进行处理和养护。在高速公路沥青路面当中采用密封胶热熔灌缝养护施工技术,这种技术的特征则是经济性很强,具有良好显著效果等,有效处理高速公路沥青路面裂缝,确保公路交通能够快速恢复运营。基于此,本文首先阐述热熔密封胶技术的特点和原理,然后对沥青路面中的裂缝类型和危害进行分析,最后探究热熔密封胶技术在高速公路沥青路面裂缝和养护工作中的实际运用。

用于热密封组件的编织弹簧弹性性能分析

针对耐高温动态热密封组件中的常用元件弹性支架编织弹簧,研究了其压缩率、装配方式、热暴露温度等参数对其弹性性能的影响,并讨论了编织弹簧高温弹性失效的原因。研究结果表明,合金的氧化是编织弹簧高温回弹率降低的主要原因,在温度低于800℃、压缩率小于50%的服役条件下,编织弹簧的回弹率不小于95%,在航天热密封领域有广阔的应用前景。

回转式空气预热器热端径向密封间隙控制技术研究与应用

提出一种非接触式的、综合转子热态变形量、扇形板与转子T型钢端面间隙、扇形板下放距离、传动装置电机电流、转子转动速度等多种因素的预热器漏风控制系统 ,介绍了高温间隙传感器的特性 ,给出了转子热态变形量的计算公式 ,综合以上几种控制量组成自动跟踪的PLC控制系统 ,并介绍了实际应用情况。

压力容器热态密封试验与分析

本文提供1m直径的压力容器模型在升、降温热瞬态工况下密封试验及分析结果。试验目的在于对自制GH169（相当Inconel718）镀厚银O形环进行热态考验，并对自编密封分析程序系统SMEC给以试验验证。热态试验对于螺栓的温度滞后作了较为细致的测量，为简化计算提供了依据。试验表明，热变形产生的法兰转动十分可观，热态螺栓载荷增量成为热态密封问题的关键。

化学固化中空玻璃单道热熔密封胶研究进展

回顾了中空玻璃密封胶的发展历史,归纳分析了中空玻璃用化学固化单道密封热熔胶的技术特点、发展状况和发展前景,指出含有聚烯烃热塑性树脂的有机硅改性聚氨酯胶是中空玻璃单道密封化学固化热熔胶的发展方向。