空间冷屏蔽系统中段红外反辐射制冷表面温度分布研究

发布时间：2022-08-09 14:32

　　高超音速飞行器在运行过程中经历复杂的空间气动摩擦传热,使其表面温度剧烈升高,红外辐射强度逐渐增大。飞行器红外辐射特性是空间红外探测识别及跟踪的重要依据,因此,降低飞行器表面红外辐射强度就显得尤为重要。液氮冷屏蔽技术利用制冷剂相变吸收大量热量的原理来降低目标表面的红外辐射强度,其内部制冷涉及到低温液体蒸发制冷和节流制冷两个重要过程。目前缺乏空间复杂环境下多目标冷屏系统在近三相点节流制冷所需要的基础理论支持,因此,多目标冷屏系统在空间中段运行的研究具有重要意义。多目标飞行器在空间中段运行分为两个阶段,即母舱携带多个子目标飞行器运行至最大高度后释放子目标飞行器,子目标飞行器脱离母舱后继续按照预定轨道运行。首先,本文设计了两种不同的多目标冷屏蔽结构形式,一种是母舱携带多个子目标在空间运行,顶部设置制冷剂出口;一种是母舱携带多个子目标在空间运行,底部设置环形底盘的制冷剂出口。为了揭示在空间中段运行过程中影响多目标冷屏系统在近三相点时各物性参数的变化规律,首先,本文针对两种模型在改变制冷剂进口流速、制冷剂的进口状态以及制冷剂出口口径的工况进行研究,得出两种冷屏结构在不同工况下的系统参数分布变化规律... 

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景
        1.1.1 多目标空间飞行器
        1.1.2 红外隐身技术
        1.1.3 空间冷屏蔽系统
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 空间低温技术在国内外的研究现状
        1.2.2 红外隐身技术在国内外的研究现状
    1.3 研究本课题的来源
    1.4 研究本课题的意义
    1.5 本文研究内容
    1.6 本章小结
2 液氮在冷屏系统内的流动蒸发模型
    2.1 系统表面热流密度
    2.2 冷屏系统工作原理
        2.2.1 液体蒸发制冷
        2.2.2 节流制冷原理
    2.3 三相点时气液两相流的相关参数
        2.3.1 三相点
        2.3.2 气液两相流主要参数
    2.4 本章小结
3 液氮三相点制冷流体流动数值计算方法
    3.1 Solid Works软件介绍
    3.2 CFD概述及ANSYS Fluent软件介绍
        3.2.1 CFD概述
        3.2.2 Ansys Fluent软件概述
    3.3 混合模型
        3.3.1 混合模型的控制方程
        3.3.2 湍流模型
    3.4 本章小结
4 多目标冷屏系统空间运行状态模拟
    4.1 顶部设置出口
        4.1.1 物理模型
        4.1.2 模型简化及其示意图
        4.1.3 模型建立及网格独立性验证
        4.1.4 进口流速的改变对各参数分布的影响
        4.1.5 氮气进口状态的改变对各参数分布的影响
        4.1.6 出口口径的改变对各参数分布的影响
    4.2 底部设置出口
        4.2.1 物理模型
        4.2.2 模型简化及其示意图
        4.2.3 模型建立及网格独立性验证
        4.2.4 进口流速的改变对各参数分布的影响
        4.2.5 氮气进口状态的改变对各参数分布的影响
        4.2.6 出口口径的改变对各参数分布的影响
    4.3 两种模型对比
    4.4 本章小结
5 单目标冷屏系统空间运行状态数值模拟
    5.1 模型简化及其示意图
    5.2 模型建立及网格独立性验证
    5.3 进口流速的改变对各参数分布的影响
    5.4 各时间段表面温度变化
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 研究工作的总结
    6.2 研究工作的展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]飞机成像目标的红外隐身效果评估[J]. 王超哲,李慎波,黄聪会,柴世杰,贾文铜.  红外与激光工程. 2019(10)
[2]常重力及微重力下液氢膜态沸腾换热预测[J]. 王磊,朱康,马原,谢福寿,厉彦忠.  航空动力学报. 2017(08)
[3]NASA低温推进剂长期在轨贮存与传输技术验证及启示[J]. 张少华,曹岭,刘海飞,贲勋,申麟.  导弹与航天运载技术. 2017(03)
[4]CFD技术发展及其在航空领域中的应用进展[J]. 罗磊,高振勋,蒋崇文.  航空制造技术. 2016(20)
[5]飞行器红外隐身技术发展分析[J]. 任鹏飞.  飞航导弹. 2016(08)
[6]地面及微重力条件下低温贮箱内相变和传热的数值仿真[J]. 李佳超,梁国柱.  空间科学学报. 2016(04)
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博士论文
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硕士论文
[1]高真空、微重力、冷背景下近三相点多相流数值模拟研究[D]. 郭舜之.兰州交通大学 2018
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[6]突防措施下中段弹头的红外辐射特性分析[D]. 姚晓蕾.南京理工大学 2010
[7]飞行器冷罩的结构设计与特性分析[D]. 柴玉强.南京理工大学 2008
[8]冷罩的结构设计与应力分析[D]. 范燕萍.南京理工大学 2007
[9]液氮冷屏蔽罩换热机理研究[D]. 杨昌宝.南京理工大学 2007
[10]8～14μm低发射率红外隐身涂料研究[D]. 程从亮.南京工业大学 2005



本文编号：3672729