空间模拟技术发展概况

美国通过许多中、小型热真空容器的设计、制造和运转，积累了有关的技术和经验，将此运用到大型容器（４．５米以上）的设计上，于１９６２年建成了第一台大型热真空容器。实践告知，气体负荷并不像预计的那么大；最初要以２０５℃温度烘烤容器，后来发现不必花很多时间去烘烤，也能达到所需的真空度；单靠低温泵无法获得高真空。３０多年来，随着空间事业的发展和科学技术的进步，为了满足各种不同航天器的不同模拟环境条件的需求，有以下几个方面的变化。１．设备运转过程中用扩散泵抽气时发现有大量的油蒸汽返流到试验容器内和试件上，不…     

基于云计算的航天操作系统中的任务分区#br# 与迁移关键技术研究#br#

云计算是一种按需提供资源的模式，虚拟化是云计算实现按需服务的基础.基于云计算的航天操作系统使得任务可以根据任务需求分配不同的物理资源，解决了航天器小型化趋势下如何充分利用物理资源的问题.本文通过虚拟化容器实现航天操作系统对分区的要求，设计了合理的任务调度和容器调度方案.通过仿真实验，验证了调度方案在满足航天操作系统对容错要求的同时,提高了航天器物理资源的利用率和负载均衡.     

基于SEDA架构的网格服务容器设计与实现

网格服务容器是服务网格中的基础模块,负责屏蔽资源的异构性并和网格服务的运行提供支持.大多数网格服务容器均采用基于线程的并发机制来处理用户请求,在性能和可伸缩性上都存在局限.采用分级事件驱动架构SEDA(Staged Event Driven Architecture),通过划分阶段Stage的方式解除耦合,在阶段之间采用事件进行异步消息通信,结合非阻塞的I/O机制设计实现了一个事件驱动的网格服务容器,并从吞吐量、平均响应时间等方面和基于线程的服务容器进行了比较.结果表明事件驱动架构的确能在性能和可伸缩性方面带来效益,异步通信方式有效的减少了系统中的同步阻塞,带来更好的并发性.      

小天体的多种尺寸颗粒样品收集容器流域的数值模拟

采集小天体表面的样品并返回是当前小天体探测的核心目标之一,样品容器流域设计是氮气激励采样技术的关键.为了保证样品容器具备高效的收集性能,要求样品容器的流域设计能够对样品颗粒形成陷阱效应,并对样品颗粒进行有效的分级.旋风式样品收集容器方案利用旋风离心力和引导叶片的共同作用对样品颗粒进行收集和分级.为了验证这种方案在微重力环境下的性能和可行性,本文利用Fluent软件进行了流域的数值模拟.模拟结果表明:在确定容器的结构下,样品容器的最优氮气入口速度为0.6 m·s-1,容器在该速度下的样品收集效率达到99.7%.样品容器的流域具备很好的颗粒分级功能,对小于2mm的样品颗粒的捕获率超过了90%,其压力损失也在合理的范围之内.本文研究结果可为小天体采样任务提供借鉴.      

大型真空容器有压复压系统

对于一些特殊用途的设施,如用于训练航天员的地面模拟舱,对复压过程有严格要求.为了分析某些对复压速率有要求的设施的复压过程,设计了有压复压系统;建立了大型真空容器有压复压系统的分段集中参数模型和传热模型,并且对这些模型进行了仿真分析.仿真表明:有压复压可获得比大气复压大得多的复压速率;传热会降低复压速率;分段集中参数长管道模型能提高仿真精度,同时不会过大增加计算量.对某体积为200m3的容器复压试验表明,考虑容器换热的仿真计算与实际调试情况误差在5%左右,表明了理论分析计算的正确性.      

Ada软件性能检测技术研究及工具的实现

介绍了一些软件的性能检测技术和检测工具，并对它们的实用性和适用性进行了讨论然后，着重讨论了Ａｄａ软件系统的并行机制，并详细分析了与软件的性能密切相关的语法现象，从而设计出合理的处理方法。     

填充泡沫镍对固液相变过程的影响

为了改善固液相变蓄能装置的空穴分布及传热性能,在理论研究基础上设计制造了填充泡沫镍的固液相变蓄热容器,与未填充泡沫镍的蓄热容器一同进行了相变蓄热实验,利用铂电阻(Pt100)和数据采集模块(ADAM-4000)测得了各蓄热容器的温度变化数据,实验后对各容器进行了CT(Computed Tomography)扫描,得到了容器内部的空穴分布图像.通过对比研究两种容器的温度变化和空穴分布,证明了填充泡沫镍能够有效改善固液相变过程中的空穴分布和传热性能,研究结论对于固液相变蓄热技术的应用具有一定指导意义.     

阻尼减振在空间电子设备中的应用

文内论述了振动阻尼技术在空间电子设备中的应用。重点介绍了阻尼减振的应用形式。诸如空间电子设备整机系统的阻尼减振形式、局部阻尼结构的设计处理形式、阻尼垫减振的应用形式以及阻尼处理与隔振综合设计的典型形式。还对一些试验数据进行了分析对比。     

太空解剖实验

美国航天飞机“哥伦比亚”号上的宇航员，最近进行了有史以来最复杂的动物解剖实验。　他们把老鼠放置在密封容器内，容器上配备有可供活动的手套，让宇航员伸手进去工作。每只老鼠都用带子固定位置，以免它们在容器内漂浮。负责这项解剖工作的宇航员是威廉士和毕其，他们首先把容器注满了麻醉气体，然后把怀孕老鼠的头切割下来，取出脑袋，把神经组织保存好。这项实验是用来研究动物的神经细胞在无重力形态下的变化，及太空旅行对动物神经系统的影响。　“哥伦比亚”号在这次的旅程中，共携带了 170只老鼠 (其中有 18只已经怀孕 )、 4条蟾…     

不必挪动热沉清洗热真空容器

据ＮＳＩ技术服务公司ＷｉｌｌｉａｍＲ．Ｂｏｎｄ报导，１９９１年２月５日美国哥达德航天飞行中心的直径３ｍ、长４．５ｍ的热真空容器在运转过程中发生了一起重大事故。８台罗茨泵中１台罗茨泵的输入轴由于扭转和弯曲合成应力作用下造成疲劳断裂，引起了大量扩散泵油返流到容器中。虽然容器中热沉未遭损坏和泄漏，但是，容器壁全被油污染了，这是真空系统所不允许的，也是真空系统运转中经常发生和遇到的事故。如何处置这类事故呢？有以下两种基本的方法。１）将热沉从容器中拆卸出来，进行全面的清洗，这是常采用的方法，但有困难。２）…     

载人试验舱的结构设计与有限元分析

KM6载人试验舱是用于中国载人航天器人 -船地面联合试验的设备。文章对试验舱舱体的结构设计和利用有限元分析计算对舱体进行优化设计的过程及方法作了介绍 ,给出了舱体结构形式和有限元计算结果。舱体的极限真空度为5.2× 1 0 - 4 Pa,试验舱的设计满足设计要求     

空间发动机推力室气相流动分布无量纲表达方法

摘要： 为探究空间发动机推力室气相流动分布简便表达机制,开展推力室气相介质流动相似性分析.构建空间发动机推力室气相介质流动数值模型,并计算典型结构和工况条件下气相介质流动速度和压力;根据量纲分析方法推导推力室气相介质流动相似准则,借助相似准则提出推力室气相介质流动速度和压力的无量纲表达方法;以正交试验方案组织多种结构和工况参数下的推力室气相介质流动数值计算,并以数值计算结果为输入确定了气相介质流动速度和压力的无量纲表达式.     

电子回旋共振推力器放电室内磁场与微波电磁场分析

电子回旋共振推力器具有寿命长、比冲高、结构简单等特点,适宜用作深空探测器主推进装置。放电室是电子回旋共振推力器的关键部件,其作用是产生电子回旋共振等离子体。放电室内的磁场和微波电磁场分布对于推力器的可靠启动、稳定工作有着重要的影响。为此针对10cm推力器,采用大型有限元分析软件ANSYS建立了三种磁路模型,计算了放电室内的磁场分布,得出三种方案中电子回旋共振面的位置,分析放电室材料不同时磁场分布的变化;最后采用ANSYS有限元分析软件计算了放电室内的电磁场分布。结果表明,在电子回旋共振面上微波能量满足放电所需能量。计算结果可以为电子回旋共振推力器放电室的设计提供帮助。     

被试品辐射发射试验点位对测试结果影响

为提高试验精度,减小电磁兼容(EMC)半电波暗室中被试品(EUT)的电磁辐射发射试验点位对测试结果的影响,研究了不同试验点位对半电波暗室典型谐振频率电磁信号辐射发射的影响规律。采用几何光学、一致性绕射理论和多路径效应算法对不同试验点位,暗室典型谐振频率电磁信号的传输过程进行数学建模,剔除直射场强影响,综合考虑信号传输过程中产生的反射、折射、绕射和多径等电磁传播效应,给出了数学模型和计算公式。将数学传播模型与剔除直射场影响的试验实测模型计算结果进行比对,验证了数学模型的有效性。该研究为修正被试品在暗室内不同点位进行辐射发射试验的测试结果提供了理论依据,有助于提高被试品电磁辐射发射试验的测试精度。     

基于CFD的10 cm氙离子推力器阳极推进剂供给方式优化

离子推力器阳极推进剂在放电室内的浓度分布及其变化梯度的设计是放电室放电模式可靠性设计的关键技术之一，直接影响到放电室内推进剂的电离效率及放电稳定性。针对航天器在轨多目标飞行任务对10 cm氙离子推力器的应用需求，为提高10 cm氙离子推力器放电室空腔内阳极推进剂供给的均匀性，实现推进剂利用率的有效提升，运用计算流体动力学（CFD）理论，建立了包括阳极推进剂、进气管和分配环在内的CFD阳极环模型，研究了未发生气体放电情况下，不同供给方式时阳极环内阳极推进剂的压强与流速变化情况。在此基础上，分析了阳极推进剂供给方式对10 cm氙离子推力器放电室空腔内阳极推进剂分布特性的影响作用关系。将优化前后的阳极环在10 cm氙离子推力器中进行了性能对比，结果表明:优化后阳极推进剂电离损耗由277.9 W/A降至241.2 W/A，放电室阳极推进剂利用率由91.7%提升至98.4%，验证了CFD计算结果的正确性与方法的可行性。研究结果为离子推力器放电室拓扑结构设计与优化提供了方法。      

基于热-流-固耦合方法火焰筒壁温三维数值模拟

准确地确定火焰筒壁温分布是对其进行热结构分析的前提和基础.基于ANSYS/CFX程序平台,采用基于燃烧模型的热-流-固耦合有限元方法,对某环形回流燃烧室的整个流场、温度场进行数值模拟,得出火焰筒壁温三维温度场分布.计算中考虑了燃烧热源和热辐射,燃烧和流场变化对换热的影响,以及燃气、煤油和固体物性参数随温度的变化.数值模拟结果表明,将流场和固壁进行耦合求解,能更精确反映流场和温度场的整个形态,可以模拟出较为合理的流场和温度场分布以及相应的流动换热特性.所做工作对火焰筒结构设计具有重要的工程应用价值.      

进气道结构对固体冲压发动机补燃室燃烧及内壁流场的影响

为研究进气道结构对固体冲压发动机补燃室燃烧及内壁烧蚀的影响,采用标准k-ε湍流模型,单步涡耗散燃烧模型与KING硼粒子点火燃烧模型,开展了双下侧90°进气结构和双侧180°进气结构固体冲压发动机补燃室内燃气燃烧数值模拟,对比分析了补燃室燃气燃烧流场特征和内壁烧蚀环境特征。结果表明:双侧180°进气结构在补燃室中形成大漩涡,有利于燃气与空气的掺混燃烧,至补燃室出口位置,总燃烧效率超过90%,且该结构有效减少了粒子对内壁的冲刷侵蚀;在双下侧90°进气结构补燃室中,凝聚相粒子和燃气贴近补燃室一侧运动,导致氧气浓度和温度分布不均,不利于燃气的掺混燃烧,总燃烧效率为74%,在远离补燃室进气道一侧形成高温热烧蚀、高浓度粒子侵蚀、高速射流冲刷和热应力集中的综合破坏;双侧180°进气结构的固体冲压发动机补燃室总体性能优于双下侧90°进气结构的冲压发动机补燃室。      

用温度梯度法测量壁面高温的研究

直接测量液体火箭发动机燃烧室的内壁温度是十分困难的。提出了温度梯度法,即通过测量冷却通道中肋片上的温度梯度来推算出内壁面温度的方法。理论分析和数值计算表明,燃烧室冷却肋片中心截面的温度分布可以用一个三次方程来表示。用最小二乘法拟合测试数据可以推算出内壁面温度。     

四层壁的不稳定导热

本文介绍四层壁固体火箭发动机不稳定导热的计算方法,导出壳体温度分布规律和各层壁温的计算公式。     

中国空间站燃烧科学实验系统燃烧室设计与分析

中国空间站燃烧科学实验系统能够在轨进行多种燃料的微重力燃烧实验，其关键组件燃烧室是可实现密封的压力容器，为实验插件提供机械、氧化剂、废气排放、供电、控制、冷却等接口，支持实验插件完成相关功能.本文依据承压范围、漏率、透射光波段等设计技术指标进行燃烧室结构设计与力学分析.燃烧室采用分段式结构，由合叶门、锁紧圈、连接环、筒体等组件依次连接组成，连接结构处使用密封圈.通过燃烧室的承压分析、模态分析以及随机响应分析，校核了燃烧室结构的强度、刚度及随机振动响应特性，验证了燃烧室设计的安全性与可靠性，能够满足发射及在轨工作要求.