空间极小推力宽范围可调推进技术研究进展

空间极小推力宽范围可调推进技术是高精度航天器重点支撑技术,其性能决定了高精度控制任务的成败.在分析了空间极小推力宽范围可调推进技术内涵的基础上,对典型的宽范围极小推力冷气推进技术、电推进技术进行了国内外研究情况分析.研究分析了空间极小推力宽范围可调推进技术中涉及到的关键技术,如极小推力模型及高精度闭环控制技术、高精度流量驱动控制技术、高精度流量测量技术、高精度极小推力测试技术.对空间极小推力宽范围可调推进技术的发展现状和发展趋势进行了总结,给出了我国空间极小推力宽范围可调推进技术的发展建议.首次全面、系统地对空间极小推力宽范围可调推进技术进行了综述、总结和展望.     

文氏管流量的测量装置

本文主要介绍一种测量文氏管液体流量的试验装置。文氏管在宇航工业中应用很广,主要是利用它的汽蚀特性精确控制流     

超低轨道卫星应用离子电推进技术方案

低地球轨道大气环境对诸如科学探测和对地观测卫星的阻尼作用十分明显,而且阻尼随太阳和地磁活动以及昼夜、季节交替变化范围宽。为了保证卫星轨道精度或飞行状态满足任务要求,需要利用推进系统对卫星受到的阻尼进行实时或间歇式补偿以实现轨道或飞行状态的保持。针对轨道高度220~268km的无拖曳飞行和轨道维持应用,基于卫星轨道阻尼变化和有效载荷指标要求分析,研究确定了离子电推进技术指标、推力调节方案、系统组成、推力控制方案和在轨应用策略,并对推力调节方案进行了试验验证。结果表明,与无拖曳飞行卫星任务匹配的离子电推进指标为推力调节范围1~20mN,推力分辨率优于12μN,与对地观测卫星轨道维持任务匹配的指标为推力调节范围1～25mN,推力分辨率100μN。研究提出的针对超低轨道卫星应用需求的高精度推力连续调节离子电推进技术方案,具有工程任务针对性和参考价值。     

一种适应于大负载工况的高线性度数字化比例电磁阀

比例电磁阀是变推力流量调节系统的核心技术和难点,现有的比例电磁阀一方面无法应用于高压差的大负载工况,另一方面存在着严重的非线性迟滞问题,不能实现高精度的开环控制.针对该问题,本文通过优化磁路结构抑制电磁力在动作过程中的非线性快速增长,采用平衡腔结构消除了工作压差对于衔铁受力平衡的干扰,并且通过前馈控制器进行了电磁迟滞非线性现象的高精度补偿,实现数字化的高线性度比例流量控制.最后,通过对产品进行测试试验验证方案有效性.     

一种配置矢量调节机构的全电推卫星动力学模型

为建立全电推进卫星的精确模型、设计全电推卫星的姿轨控方法及提高卫星的控制精度,针对一种配置可展开矢量调节机构的全电推卫星开展动力学模型研究.建立四关节可展开矢量调节机构的模型,推导基于可展开式矢量调节机构构型的全电推卫星的电推力及力矩模型,在此基础上建立全电推卫星的姿态轨道动力学方程.利用此模型描述全电推进卫星的姿态运动状态及轨道变化,能够准确反映出卫星的运动性能,该模型已应用于我国亚太6E卫星研制中,应用该模型对卫星进行的动力学仿真结果符合测试及分析结果,且该卫星在轨控制效果与预期一致,验证了模型的有效性.     

新型二维推力矢量喷管数值模拟

针对现有流体推力矢量控制方案的不足,提出利用喷流附壁效应的新型矢量喷管,借助于尾喷管射流对固壁延伸面的跟随作用控制尾喷流方向,实现推力转向.在此基础上采用限制流量的方法调节喷流的抽吸程度,产生不同的横向压力梯度,达到了矢量化控制推力转向的目的.运用这一概念设计了二维矢量喷管,用数值实验方式验证了喷管的推力转向效果,采用限制流量方法得到的最大矢量角度约13.3°,进一步结合射流控制可以使矢量偏角达到20°以上.通过对该喷管流场的数值计算研究,探讨了该矢量喷管内喷流转向形成的流动机理,从推力损失、转向效率上对喷管的性能特点进行了分析,为下一步开展实验研究奠定了基础.     

基于辅助进气门的进气道/发动机一体化控制

针对进气道与发动机的耦合问题，研究了低速大迎角状态下，基于辅助进气门的进气道/发动机一体化控制。首先，建立了飞行条件、迎角、辅助进气门开度与出口总压恢复系数和流量相关联的进气道实时模型，进而将进气道出口流量和发动机进口流量相匹配，建立了进气道/发动机一体化模型的控制仿真平台。其次，为了解决大机动过程中发动机进口流量不足和压力不均的问题，提出了一种带有辅助进气门调节的进气道/发动机一体化控制方法，即通过调节辅助进气门开度实现进气道出口总压恢复系数控制，在保证进气道出口性能稳定的情况下，基于H_∞鲁棒控制方法实现对发动机转速和压比的控制。研究结果表明，在整个大机动过程中，所提出的进气道/发动机一体化控制可以使得发动机各项性能保持稳定，在典型任务工况下，推力提高了16%，耗油率下降了6%。      

复合式离心泵汽蚀特性的数值模拟与试验分析

为研究某型航天离心泵汽蚀特性,基于Mixture多相流模型与汽蚀模型相结合对长短复合叶轮离心泵内乙二醇水溶液进行不同的进口负压下汽液两相定常数值模拟并进行不同进口压力下的汽蚀性能特性试验,结果表明汽化区域随进口负压的增大而扩大。当进口负压在-50kPa,泵进出口压差在155kPa,已经接近额定压差的3%限制范围,此时离心泵的出口压力105kPa为临界汽蚀出口压力;进口负压到-60kPa时,出口流量突变为300L/h,该泵产生临界汽蚀状态,小于技术要求的最小进口压力10kPa,因此该泵在其工作范围内不会发生汽蚀现象,并证得本文数值模拟的可靠性。     

有限推力下的航天器绕飞轨道保持与控制

基于线性动力学模型,研究了有限推力下的航天器绕飞轨道保持与控制问题.首先,针对绕飞轨道控制问题推导了精确的动力学模型,给出了经过线性化的动力学方程.然后,在线性二次性最优控制理论的基础上,设计了一种针对绕飞轨道的反馈控制系统,同时为了实现有限推力,设计了一个有界的非线性环节对控制加速度进行限制.数值仿真结果证明了所设计的控制系统渐进稳定、收敛快速,并且具有良好的控制精度.最后,通过计算不同相对位置误差时轨道控制系统需用的发动机工作时间,估算了轨道维持与轨道控制的燃料消耗量.      

微重力环境中的气体质量流量控制器研究

提出了一种高可靠气体质量流量控制器设计. 介绍了该流量控制器的原理和结构. 通过比较不同的气体流量传感器和阀门, 选择了可满足空间科学实验设备可靠性要求的MEMS传感器和针阀. MEMS质量流量计的输出电压(代表实际气体流量), 经过减法电路放大和A/D采样之后, 与设定电压(代表设定的气流流量)进行比较, 差值信号输入给PID控制器, 由其输出步进电机的控制脉冲数和方向, 步进电机驱动器驱动电机调节流过针阀的气体流量, 使之与设定流量相等. 给出了利用该气体质量流量控制器控制氧气流量的实验结果. 该系统可实现流量的灵活调节, 并具备空间科学实验设备所要求的性能, 为未来在空间利用气体流量连续可调的质量流量控制计进行燃烧科学实验奠定了基础.      

基于液压桥路的伺服阀节流器高精度配对方法

伺服阀节流器零件流量配对精度要求很高,传统流量配对的方法存在配对精度差的问题,直接影响伺服阀产品稳定性。针对伺服阀行业节流器零件流量小,配对精度不高的问题,本文基于液压桥路的原理开展伺服阀节流器小孔流量配对方法研究,通过建物理立仿真模型分析了节流器零件不同流量对前置级压力以及伺服阀整机的影响,并通过试验对节流器新型配对方法进行了验证。试验结果表明该测试方法能够很好地满足现有伺服阀产品节流器配对的高精度要求,具有操作方便、分辨率高的特点,该结构形式可以推广到其他类似的小孔类零件高精度配对场合。     

基于SolidWorks二次开发的嵌金属丝药柱燃面计算

以SolidWorks的二次开发接口为基础,用Visual Basic作为开发工具,在SolidWorks环境下通过调用内置的API函数,自动完成嵌金属丝药柱的参数化建模.程序同时通过调用API函数提取药柱实际参与的燃面面积,获得了嵌金属丝装药的燃面随肉厚的变化关系曲线,发展了一种更为简单准确的燃面计算方法,在此基础上,进行了内弹道性能的计算.计算结果跟试验结果相比表明,该计算方法准确且精度较高,跟试验结果吻合得很好,能够较好地模拟该类药型的燃烧过程,可以满足工程计算上的需要,并为同类型的复杂装药计算和设计提供了参考.      

推进剂管路接头内腔残液在轨吹除过程研究

为研究推进剂在轨加注后残留在管路接头内腔的情况,使用气液两相非稳态模型计算了吹除过程中管路接头内腔气液两相流场变化情况.吹除初始时刻直管路内流场压力出现小幅震荡,管路接头内腔中存在漩涡状流场将残液卷吸入直管路中,是残液得以吹出的主要机理.结果表明管路接头内腔中的绝大部分液体可以被吹除出去,残液吹除效果良好.     

虚拟仪器在肼类推进剂监测中的应用研究

基于对肼类推进剂监测方法和存在问题的探讨,提出了用虚拟仪器技术解决肼类推进剂监测过程中存在的问题,并介绍了虚拟仪器的概念、结构和特点。虚拟仪器在肼类推进剂监测中具有广泛的应用前景。     

固-膏体燃气发生器热结构分析和仿真

固-膏体燃气发生器是一种新型的燃气发生系统,是潜地导弹变深度弹射系统中的核心部件。为了研究固-膏体燃气发生器工作后膏体储存室的温度分布情况,采用源项法结合动网格技术、RNG k-ε湍流模型和离散坐标（DO）辐射模型对固-膏体燃气发生器的工作过程进行了数值仿真,并对不同膏体推进剂挤压流量下的膏体推进剂的温度分布作了对比研究。结果表明,传入膏体储存室的热量大部分来自于挤压室内的高温燃气,且整体热量的传导主要在轴向进行。随着膏体推进剂挤压流量增加,膏体储存室内的最高温度和平均温度均有所增加。研究结果可以为该型号固-膏体燃气发生器的热防护设计和改进提供相关参考。      

一种板式推进剂管理装置（PMD）性能的数值仿真

板式推进剂管理装置（PMD）是板式表面张力贮箱最重要的部件之一．为分析板式PMD管理推进剂能力,以某板式贮箱为研究对象,采用三维非定常流体（VOF）体积函数的两相流模型,对不同填充比时板式PMD的推进剂管理性能进行数值仿真,得到微重力下推进剂在PMD上及贮箱内部的分布情况,仿真结果与国外空间搭载试验结果比较吻合,数值仿真结果为板式贮箱的性能提供验证依据     

差动活塞式燃气自增压系统参数设计方法

针对基于单组元肼类物质为工质的液体姿轨控发动机差动活塞式燃气自增压系统,分析了系统的工作原理,提出了系统的参数设计方法,建立了系统的参数设计流程,给出了系统的起动压力计算模型和自锁状态计算方法,并进行了实例研究。结果表明:系统最低起动压力与压力放大贮箱气体腔初始体积、活塞摩擦力和推进剂贮箱初始气垫体积直接相关;系统自锁后,推进剂贮箱压力的设计状态受推进剂贮箱所允许的最大压力上偏差和流量调节器与推进剂贮箱间的压降所约束;推进剂贮箱的工作压力范围是可以根据需要通过燃气自增压系统的设计来保证的。