【摘 要】
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国防工业和军事技术的快速发展给飞行器的性能提升奠定了基础,而作战需求的提高则在隐身性、机动性和超音速巡航等方面给飞行器提出了更高的要求。对于飞行器等机动目标,由于自身与环境背景之间的红外辐射的显著差异,使得飞行器容易成为红外制导武器的攻击目标。飞行器热管理系统具有调节飞行器各个子系统温度,保障飞行器系统正常工作的功能。但飞行器热管理系统具有局限性,对于飞行器表面的温度调控力度不够,需要更为简洁有效
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国防工业和军事技术的快速发展给飞行器的性能提升奠定了基础,而作战需求的提高则在隐身性、机动性和超音速巡航等方面给飞行器提出了更高的要求。对于飞行器等机动目标,由于自身与环境背景之间的红外辐射的显著差异,使得飞行器容易成为红外制导武器的攻击目标。飞行器热管理系统具有调节飞行器各个子系统温度,保障飞行器系统正常工作的功能。但飞行器热管理系统具有局限性,对于飞行器表面的温度调控力度不够,需要更为简洁有效的换热方式及方案。基于以上背景中大面积温控需求,本文以高速飞行器表面低温高效冷却为目标,对飞行器在高空环境下的表面工况进行了计算,在此基础上设计了相关的换热方案,并进一步对微通道换热结构以及相关的冷凝结构进行了设计、优化以及验证,主要内容包括:(1)飞行器表面热边界条件分析与大面积温控方案设计。对飞行器在飞行过程中所处的热环境进行了分析,对形成飞行器表面温度场的物理过程进行了描述,阐明了飞行器表面温度场具体的计算方法。以大面积温控为研究目标,在确定飞行器表面热边界条件的前提下,需要对热沉的选择和相关冷却方案进行详细的设计和说明。(2)大面积微通道轻质结构优化与高效换热研究。以大面积温控方案中的表面换热微通道换热结构为对象,对微通道尺寸和换热形貌分别进行优化研究,以满足轻质高效的换热结构和换热特性,在此基础上,基于CFD计算,采用控制变量法,探讨了不同工况条件下微通道模型的换热特性,对飞行器表面换热工况进行了验证。(3)微通道冷凝与优化研究。以大面积温控方案为应用目标,在前文的研究基础上,考虑面积温控方案中冷凝液化具有进口流速快、轻质化、紧凑化、壁式冷凝、低温液化、液化率高的特点,选用微通道进行冷凝,对不同边界条件下的微通道的冷凝效果进行分析,并在不额外增加系统设备以满足冷凝结构轻质化的要求,进一步对冷凝结构进行优化,创新结构设计,提高液化率。通过上述研究,为大面积的温度调控方案的实施和改进提供了相关的参考依据。
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