地面效应是各类飞机必须在风洞中仔细研究的极其重要的项目。目前在低速风洞中做地面效应试验,除去必须用移动带地板的情况(例如垂直短距起落飞机喷流碰地时)外,仍广泛使用固定地板模拟地面的存在。
风洞地面效应试验研究的目的在于弄清飞行器的近地气动特性。目前,国内风洞地面效应试验中的地板升降系统均为液压同步系统或单一机械式支撑,存在同步误差大、定位精度低、操作繁琐、故障率高的问题,导致试验效率低下。
基本介绍
- 中文名:地面效应试验
- 外文名:Ground effect test
- 示例:风洞地面效应试验
- 目的:弄清飞行器的近地气动特性
- 地板升降系统:液压同步系统或单一机械式支撑
- 缺点:同步误差大、定位精度低等
地面效应试验中固定地板附面层的影响
地面效应是各类飞机必须在风洞中仔细研究的极其重要的项目。目前在低速风洞中做地面效应试验,除去必须用移动带地板的情况(例如垂直短距起落飞机喷流碰地时)外,仍广泛使用固定地板模拟地面的存在。固定地板的优点是装置简单和试验方便。但是,由于固定地板上存在附面层,从而引起模型地面效应的测量结果与实际情况不一致,故需要对地板附面层的影响进行修正。
儘管可以利用吸除或开槽的办法减薄固定地板上的附面层厚度,进而减轻附面层的影响。但是这些办法会给地板附面层修正带来困难,因为从地板附面层内移走低能气流,可能在模型处引起显着的而且是难以估计的扰动。
关于地板附面层影响的修正方法过去曾有不同的看法,有些人主张从模型离地高度中扣除无模型存在时固定地板附面层的厚度或位移厚度,也就是认为地面附面层的作用相当于地板接近模型,使地面效应增强。这种看法不但缺乏理论根据,而且修正后的结果与移动带地板的实验结果也不一致,甚至数据修正的方向也恰好相反。
风洞地面效应试验
风洞地面效应试验研究的目的在于弄清飞行器的近地气动特性。使用活动地板固定模型的方法进行试验可有效扣除地面附面层产生的误差,对进行飞行器地面效应研究有很高的使用价值,有利于型号试验和开展高升力机种的研究。
目前,国内风洞地面效应试验中的地板升降系统均为液压同步系统或单一机械式支撑,存在同步误差大、定位精度低、操作繁琐、故障率高的问题,导致试验效率低下。
卫星内带电效应地面试验技术
当出现较大的空间辐射环境扰动事件时,如太阳耀斑爆发、太阳日冕物质抛射、地磁暴或地磁亚暴等,大量的空间高能电子注入地球辐射带,可使得地球辐射带中的高能电子通量大幅度增加。倘若高通量的电子长时间地持续存在,这些电子将可直接穿透太空飞行器的表层结构和仪器设备外壳,嵌入太空飞行器内部的电路板、同轴电缆绝缘层等绝缘介质中,导致绝缘介质内部电荷沉积,这一过程称为太空飞行器介质深层充电,又称作内带电。
有关研究表明,自20世纪80年代发现太空飞行器内带电效应以来,由此引发的各国太空飞行器故障已多达近百例,内带电效应是导致地球同步轨道卫星出现故障和异常的主要原因之一。随着现在太空飞行器体积的不断增大,壁厚不断减薄,电子线路的複杂度和集成度不断增加,太空飞行器的内带电现象变得更加严重,特别是对于运行在地球同步轨道的太空飞行器。为满足太空飞行器长寿命、高可靠的设计要求,深入开展太空飞行器内带电效应研究极为必要。
太空飞行器内带电效应研究方法有搭载飞行试验、地面模拟试验和数值模拟仿真。飞行试验研究主要关注太空飞行器内带电效应发生程度与空间辐射环境之间的关係,并根据飞行试验结果对地面试验及模拟仿真结果进行分析和评估。例如,1990年发射的CRRES卫星搭载了用于监测太空飞行器内带电效应的IDM仪器,目的是确认运行中的太空飞行器存在内部放电,并根据在太空进行的放电测量结果评估地面模拟试验技术,获取可用于定义内带电模型的数据。2000年发射的TSX-5卫星上搭载了集约环境异常感测器(CEASE),用于测量总剂量效应、辐射通量、表面介质充电、深层介质充电和单粒子事件。此外,STRV-1b以及GOES系列卫星都搭载有监测空间辐射环境的探测器,所提供的数据是建立空间电子环境模型所需的重要来源。数值模拟主要是通过建立合适的物理模型和计算方法,研究和揭示内带电效应发生的物理机制和基本规律。
地面模拟试验主要是用辐照设备模拟特定的空间辐射环境,开展各种形式的内带电效应试验研究。
鑒于内带电效应的重要影响,自20 世纪80 年代开始,国外从空间飞行试验、地面模拟试验以及数值模拟研究等方面展开了全方位的研究,取得了诸多研究成果,其成果多为内带电风险评估分析软体,最典型的如NASA 的NASCAP、ESA 的DICTAT 等。而国内在内带电领域的研究通常都是採用手段较为单一的模拟计算或地面试验,关注的问题和研究成果往往偏重于基础理论研究,脱离工程实际套用。因此,迫切需要开展卫星内带电效应的评估与分析技术研究,并开发工程套用性强、能够指导型号设计的内带电风险评估软体工具。