【摘 要】
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随着各国航天事业的不断进步,现代飞行器正向着高超声速的方向发展,更快的飞行速度也意味着更复杂的飞行环境。飞行器高速飞行时,表面与高速气流摩擦产生极大的气动加热,飞行器表面材料性能受到考验。同时,舱内设备发热升温会降低设备工作效率。本文设计了一种飞行器综合热管理系统,以解决气动加热与设备发热问题。并建立系统瞬态模型,得到了长时间飞行任务中飞行器上各个区域的温度,对比了不同储冷材料质量、不同载冷剂流速
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.51736004, No.51776079）；
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随着各国航天事业的不断进步,现代飞行器正向着高超声速的方向发展,更快的飞行速度也意味着更复杂的飞行环境。飞行器高速飞行时,表面与高速气流摩擦产生极大的气动加热,飞行器表面材料性能受到考验。同时,舱内设备发热升温会降低设备工作效率。本文设计了一种飞行器综合热管理系统,以解决气动加热与设备发热问题。并建立系统瞬态模型,得到了长时间飞行任务中飞行器上各个区域的温度,对比了不同储冷材料质量、不同载冷剂流速对系统性能的影响,基于火积分析在系统层面进行优化,本文的主要研究内容和主要结论如下:首先,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。低温燃料作为系统的热沉,相变储冷材料作为系统的辅助热沉,采用对流式冷却的方式进行主动热防护与舱内设备热控。利用Matlab/Simulink对系统进行瞬态仿真,仿真结果表明热控子系统与热防护子系统均满足性能要求。其次,对比了不同储冷材料质量下系统性能的差异,确定了热控子系统和热防护子系统的最优储冷材料质量,分别为11.3kg和27.8kg;对比了不同载冷剂流速下系统性能的差异,添加流量调节模块,使热防护子系统在52.89%的时间内处于低泵功状态运行。最后,基于火积分析对系统中的换热器面积进行优化,分别建立热控子系统和热防护子系统的火积平衡方程,得到了在设计工况下的最优换热面积,与设计值相比,热控子系统换热器减重3.5%,热防护子系统换热器减重20.4%。
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