Don Pettit 国际空间站微重力流体实验与若干现象的解析

Don Pettit 是美国NASA 的资深宇航员, 2002 年11 月至2003 年5 月, 在国际空间站工作期间, 进行了一系列名为Saturday Morning Science的微重力实验. Don Pettit 实验揭示了微重力下一些令人惊奇的现象, 涉及流体力学、气泡动力学、晶体生长以及运动学的诸多基础问题, 是能够获得的国际空间站为数不多的微重力实验资料, 具有重要研究意义. 实验包括14 组流体实验和7 组力学实验, 而流体实验又大致分为水膜实验和水球实验, 包括大尺寸水膜制备、扩散和对流、Marangoni 对流、薄膜结晶、水球/气泡旋转等. 本文对Don Pettit 实验的流体部分进行了介绍, 并对其中的Marangoni对流和薄膜结晶实验现象进行了解析.      

空间站燃烧科学实验系统设计

建立空间站燃烧实验系统,可满足未来空间微重力燃烧实验系统需求.通过空间站微重力燃烧实验研究,可拓展空间燃烧学研究.根据所要实现的功能及燃烧实验需求,对中国空间站燃烧柜的燃烧科学实验系统进行了设计和分析.燃烧科学实验系统由8个子系统组成,是一个适合开展气、液、固多种燃料燃烧实验的综合性实验系统.考虑到强度设计要求,在完成方案设计后,对系统进行了有限元分析,并在研制的结构件上进行了力学环境实验.实验与分析结果表明,本文设计的实验系统能够满足环模实验的要求,结构合理可行.      

时间积分声光相关器光学结构的设计

提出用时间积分声光相关器进行长码的捕捉.以相加时间积分声光相关器为实验系统模型,把系统划分成光源部分、分束部分、扩束部分和光电检测部分,通过对各部分的分析和计算,建立了实验的最佳方案,并用该模型进行了时间积分声光相关器的实验,对实验结果进行了分析.首次在国内完成了时间积分声光实验模型,并给出了满意的实验结果.     

减压器特性实验研究

介绍了研究减压器特性的实验系统．详细地描述了实验系统的结构组成和各个部件的功能与性能,并对静态特性实验与动态特性实验的工作过程进行了说明．简单地介绍了数据采集系统．阐述了理论计算减压器静态特性的基本方法,并介绍了一个计算减压器静态特性的软件,最后给出了一种典型的实验和计算结果．     

航天器地面实验的相似性分析方法

研究了航天器地面实验的相似性问题,给出了完全相似条件和近似相似度量方法.首先,应用量纲分析法推导了航天器地面实验的完全相似准则,并讨论了相似准则应用上的局限性;然后,在键合图理论的基础上,提出了一种系统状态变量的活性分析方法,并据此构建了实验模型近似相似程度的量化度量函数;最后,分别对轨道绝对运动与相对运动的模拟实验进行了相似性分析,给出了多种不同的非理想约束条件对实验相似性的影响,提出了有效的实验建议.仿真计算表明:所提出的方法可作为实验相似程度的量化判别依据,且快捷有效,对工程实验有重要参考价值.     

减压器特性实验研究

介绍了研究减压器特性的实验系统.详细地描述了实验系统的结构组成和各个部件的功能与性能,并对静态特性实验与动态特性实验的工作过程进行了说明.简单地介绍了数据采集系统.阐述了理论计算减压器静态特性的基本方法,并介绍了一个计算减压器静态特性的软件,最后给出了一种典型的实验和计算结果.      

机器人修形磨削工具坐标系的精确标定方法

针对目前机器人修形磨削系统中接触轮姿态标定精度低影响磨削精度的问题,提出了一种实验测量的工具坐标系标定方法,姿态标定精度达0.05°.首先总结了通用静态标定法的不足之处,提出了新标定方法的构思并且理论证明了该方法的正确性.介绍了实验系统的组成,并在机器人砂带磨削系统上做了磨削实验.采集了磨削处的实验数据,分析实验数据,获得接触轮的实际偏转角,把偏转角补偿到磨削路径的工具坐标系上,最后完成了工具坐标系补偿后的重复性实验,证明了该方法的可行性和准确性.     

SJ-10卫星固体材料燃烧实验装置

为对微重力条件下固体材料着火和火焰传播特性进行研究,研制了实践十号（SJ-10）卫星固体材料燃烧实验装置.利用空间高真空条件,采用实验段内气体环境更新和控制技术,实现了在有限实验空间内对多个实验样品进行研究,并提供准确可控的实验环境条件（氧气浓度和气流速度）.通过地面试验验证,该装置可通过实验样品、氧气浓度、气流速度、点火方式等实验参数的灵活组合,实现空间实验机会的充分利用和预定科学目标.      

平板型CPL的设计与实验研究

在对毛细抽吸两相流体回路(CPL)系统进行了系统分析的基础上,设计了平板型CPL,并且搭建了CPL系统实验平台,做了各种工况的启动实验和变热负荷实验。实验结果表明,多孔芯冷凝器平板型CPL系统具有良好的启动性能,并且系统在运行过程中工作稳定,较好地抑制了系统的压力波动。     

自适应光学技术补偿镜面温度及自重变形研究

论述了在星载高分辨率相机上采用自适应光学技术的必要性;介绍了应用自适应光学技术补偿镜面温度及自重变形的实验原理,进行了计算机模拟计算,并与实验结果进行比较。实验用一块平面反射镜作为缩比模型,应用６１单元自适应光学系统对其进行了闭环校正实验,分析了泽尼克多项式所对应的像差的校正效果。     

相变储热/辐射器式热沉的传热特性研究

对一种用于舱外活动的相变储热/辐射器式热沉进行了实验研究和数值模拟.设计了相变储热器的实验件和实验方案,进行了储热器的冷却实验.建立了具有导热与对流换热耦合边界的相变储热器数学模型,模型中考虑了自然对流及空穴的影响.编制了相变储热器的性能分析计算程序.通过实验值与计算值的比较分析,验证了程序的可靠性.该模型及计算程序为相变储热器的设计和优化提供了有利的分析工具.     

AH2500A电容电桥比对实验结果

20 0 3年 9月在四个校准实验室对AH2 5 0 0A电容电桥进行了比对实验 ,取得了宝贵的实验数据 ,并对实验数据进行进一步分析 ,提出成组稳定性考核和间接溯源的设想 ,并用实例说明。实验数据由 4家单位共享。     

钢管和铜管之塑性应力应变关系实验

对钢管和铜管进行了加载方式不同的各项复合应力实验。实验表明,在简单加载情况下?米捷司塑性条件和依留辛塑性应力应变关系理论很能符合实验结果;在主轴固定的复杂加载情况下,上述理论也大致与实验符合;但在主轴回转较大的情况下,则相差较大。 由于采用了自制的电阻丝片测量变形,使变形的测量范围相当大,故使实验结果能相当明确地说明问题。 在完成本实验的过程中,高镇同同志给予了很多有益的建议,胡文贞等同志协助作了许多实际工作,特此说明。 作为对自制电阻丝片测量塑性变形之应用,并验证和推广现有之塑性理论,我们进行了铜管和钢管之复合应力实验工作。     

塞式喷管热试实验和数值模拟

以气氢／气氧为推进剂,对三单元直排塞式喷管发动机进行了热试实验和数值模拟研究.介绍了实验系统及实验发动机主要零部件的结构和设计参数,给出了实验参数测量结果、实验照片和数据分析.数值模拟研究了塞式喷管的流场特点,数值预示了实验塞式喷管发动机的高度特性曲线.无再生冷却塞式喷管发动机采用耐烧蚀材料钨渗铜加工内喷管和燃烧室内衬,碳钢材料加工塞锥.使用爆震波点火器点燃多个单元推力室,成功进行了热试实验.在2个压比下获得了塞式喷管性能数据,实验表明,塞式喷管具有良好的高度补偿能力和较高的喷管效率.在C_NPR=50附近,效率达到92％~93.5％;在C_NPR=350附近,效率达到95％~96％.预计在设计点的效率不低于98％.      

人的二维目标拾取运动试验设计及分析

在借鉴前人研究的基础上,设计并进行了较为全面的二维目标拾取运动实验,取得了大量有价值的实验数据.在理论研究和实验分析的基础上,提出了新的描述人的二维目标拾取运动的理论数学模型,并采用所获得的实验数据对本理论模型进行了实验系数确定,结果表明:该模型具有良好的适用性,不仅可以描述二维目标拾取运动,而且适用于一维情况;不仅可以描述手的目标拾取运动,而且还适用于其它肢体.     

机翼／外挂颤振主动抑制实验研究

介绍了机翼/外挂系统颤振主动抑制实验的全过程,包括对于模型固有动特性的实验分析、颤振主动抑制系统的调试、以及风洞实验三个阶段。风洞实验在3m×3m低速风洞进行。实验目的是对基于三种不同原理设计的控制律进行验证,并对颤振主动抑制系统进行实验研究。结果表明:所设计的控制律能有效地抑制颤振。经实验验证,控制律的理论计算与实验结果相符。实验系统工作可靠,重复性好。     

空间材料实验炉的模拟热分析与地面试验分析

空间材料实验炉的温度分布对空间材料制备至关重要.通过对用于天宫二号空间实验室材料实验炉的物理模型进行合理简化,建立了三维传热数值计算模型,测量了实验炉材料的热物性参数,并根据地面试验工况进行模拟热分析计算,其结果能够很好地与地面试验结果吻合.采用模拟计算的方法分析样品物性参数对炉膛和样品中温度分布的影响,对实验炉的隔热部件进行优化设计,进而对炉体外表面温度进行了预测.数值仿真计算弥补了实验中测温点不足的问题,有助于进一步了解样品的温度分布,同时为实验炉隔热优化设计和安全运行提供了依据.      

柔性自适应桁架及其振动最优控制实验

基于dSPACE系统和所研制的锆钛酸铅(PZT)压电作动器,建立了第一阶频率低达5Hz的三棱柱自适应桁架实验平台,通过有限元建模和实验参数修正,利用异位加速度反馈信号进行了线性二次型Gauss(LQG)最优反馈控制实验和仿真.结果表明:对比无控状态,采用最优控制只需很小控制电压,可使桁架在低阶典型频率激励下的振幅降低90%以上;而当桁架受扰动后,振动衰减时间减少超过80%;验证了实验平台配置的合理性和所研制的PZT压电作动器、控制模型的有效性;控制数值仿真与实验在加控前后振幅抑制程度相同,控制仿真与实验中振幅衰减过程的差别通过激振过程仿真与实验的对比得到了阐明.     

球杆碰撞问题的数值分析和实验研究

报道一种球杆低速碰撞问题的理论与实验研究结果.通过球杆碰撞实验,验证了Hertz接触理论,并表明低速碰撞问题的分析的确可以转化为常规的振动响应问题的分析.因此,利用MSC/NASTRAN及其特殊数据卡就可计算此类问题.计算结果与实验数据吻合很好.另外,通过这个比较基本的实验,澄清了用激光测振仪测量撞击的一些技术问题,从而为以后更复杂的结构撞击实验提供了经验和技术.