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电弧风洞钝楔试验技术及其应用研究

刘初平  
【摘要】:航天飞行器在再入大气过程中会受到严重的气动加热。返回式卫星、飞船返回舱及航天飞机等采取高空机动再入,再入时间长,其峰值加热过程一般在60-90千米高空。电弧风洞是承担这类飞行器防热与热结构试验的主要地面试验设备。在我国发展返回式卫星的过程中,电弧风洞完成了大量的防热材料试验。随着我国载人航天工程的开展,电弧风洞不仅要承担防热材料试验,而且要承担大量的大尺寸防热结构试验,如窗口、局部突起物等。因此,一方面必须对电弧风洞实施改造,提高风洞的功率和参数,扩大的风洞的喷管尺寸,另一方面必须发展新的试验技术,拓宽风洞的试验能力,以满足防热试验的需要。 钝楔试验技术的原理是利用置于电弧风洞高温、高超声速流场中的钝楔表面的流动模拟飞行器返回大气时的表面流动参数,进行防热材料、防热结构试验,其突出的优点是模拟参数范围广,试验模型尺寸大,而且可以模拟附面层流动,可以大大提高电弧风洞的试验能力,因此将成为电弧风洞中一项很重要的试验技术。 本文研究中运用工程计算方法和数值计算方法对高温流场中的钝楔表面流场进行了研究,提供了钝楔表面流场参数和钝楔支架设计的几何参数,并研制了钝楔支架、风洞流场校测探头、钝楔表面校测平板等,并对钝楔表面流场进行了校测,结果表明,理论计算和试验数据有较好的吻合性。 课题研究中还运用钝楔技术进行了两项飞船防热材料试验,试验过程和结果表明,研制的钝楔支架能够在高温环境下长期工作,模拟的参数范围广,能够满足飞船防热系统对材料试验的要求。各种材料试验的结果为防热系统选材提供了依据。


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