羽流导流综合验证试验技术

为了验证发动机羽流对航天器的综合力、热效应,验证发动机与羽流导流装置的相容性,考核羽流热防护材料性能及防护效果,开展了发动机燃气羽流导流综合验证试验工作。为了完成本次试验,对现有大型高空模拟试验台进行改造,新增试验件结构安装系统、位姿调整系统、温度控制系统,改造真空舱系统、真空抽气系统、测量系统、监控系统及推进剂加注系统等。采用机械真空泵与低温泵组合工作的方式获得试验所需真空环境,利用压电测力仪测量羽流扰动作用力,利用基于六自由度平台模式的位姿调整系统实现相对运动的模拟,试验系统经调试与试验验证满足各项技术要求。通过试验获得了试验验证器所受羽流扰动力数据以及试验验证器表面压力、温度及热流密度等参数分布数据,试验取得成功。     

空间环境模拟器20k液氦热沉系统设计

火星探测卫星等非地球轨道卫星,由于受各种条件的限制,其在轨所经受空间冷黑环境的影响比地球轨道卫星更为恶劣.经计算,火星探测卫星真空热试验时,要求热沉温度低于20 k.目前国内整星级真空热试验设备热沉温度均为90～100 k,为了满足试验要求,对现有的真空热试验设备进行改造,在液氮热沉内部研制新增一个全包络的液氦热沉,并配置了冷源供应系统.文章叙述了20 k液氦热沉及冷源供应系统的设计、计算、制造以及在试验中实际应用情况.     

过冷器动态特性仿真研究

过冷器是空间环境模拟器液氮系统的重要设备,单相密闭循环液氮系统的热负荷全部被过冷器接受。分析过冷器的动态特性对过冷器的设计、调试和使用均有重要意义。本文在确定 KM6过冷器动态特性的基础上,得到了一些有益的结论。     

航天器姿控发动机真空羽流场计算及其扰动分析

航天器姿态控制发动机工作期间,产生的羽流扰动力矩会影响控制精度,对流和辐射产生的热效应会影响热控系统工作,羽流沉积物会影响光学敏感器的精度。文章以某航天器的20 N姿控发动机为例,首先采用工程的MOC方法计算其真空羽流场;然后利用建立的航天器羽流三维冲击模型分析了羽流对太阳电池阵的冲击载荷;最后对发动机羽流脉冲激励下太阳电池阵的响应和姿态控制系统受到的扰动力矩进行了仿真分析。结果表明姿控发动机羽流脉冲激励将对控制精度和稳定度产生不可忽视的影响。     

空间羽流试验台设计与系统测试

基于国外羽流试验经验和国内实际,设计了一套主要由空间环境模拟设备、电加热气体模拟发动机、稳压气源、轴向与径向移动装置、测量系统和温控系统等组成的空间羽流试验系统,并测试了试验系统的温度、压力稳定度等参数.测量结果表明:系统满足发动机模拟空间高度大于100 km长程试车的要求,测试过程中真空舱内压力维持在1×10-3Pa量级,冷阱温度为(93±5)K.系统测量准确可靠,达到设计要求.     

甲烷-乙烷混合推进剂深度过冷技术的实验研究

针对甲烷采用液氮过冷可能发生甲烷冰堵风险,提出了在甲烷中添加乙烷,制备凝固温度更低的甲烷-乙烷混合推进剂的新方案,搭建实验系统测试了甲烷-乙烷凝固温度变化规律。研究发现,随着甲烷含量提高,混合推进剂凝固温度先降低后升高。当甲烷、乙烷比例为0.71∶0.29时,混合推进剂达到最低凝固温度,约73.0 K。当采用常压饱和液氮对混合推进剂过冷时,控制甲烷含量在0.52~0.81间可避免推进剂冻结。相较于常压饱和甲烷,防冻结区的混合推进剂密度提高了24.0%~38.4%,液相存在温区增大至35.7 K~40.5 K。此外,甲烷-乙烷混合推进剂具有理论比冲高、再生冷却性能佳、结焦与积碳小等优势。所提出的甲烷-乙烷混合推进剂在火星探测等任务中具有可观的应用前景。     

小卫星空间模拟器KM3B的研制

空间模拟器是用来模拟空间的真空、冷黑及太阳辐照环境,完成卫星的热平衡、热真空试验,满足卫星研制需要的关键地面大型试验设备。文章概要介绍了研制的一台有效试验空间为φ3 800 mm×4 800 mm的空间模拟器的组成、采用的模拟技术、调试及使用情况。使用结果表明:该设备的各系统运行稳定、可靠,模拟室的真空度、污染量、热沉温度、红外热流模拟系统、温度测量系统等均能满足卫星整星热平衡、热真空试验的要求。     

航天器发动机羽流对敏感器热效应仿真研究

采用差分求解N-S方程与DSMC方法相结合的方法,研究了航天器单台发动机连续工作情况下真空羽流对航天器敏感器的热效应。首先通过求解N-S方程,获得发动机喷管的内流场,然后应用DSMC方法对喷管出口外轴对称羽流场进行计算,最后将轴对称羽流场计算结果作为模拟粒子入口边界条件,在并行计算机平台上进行三维羽流场和热效应计算得到航天器单发动机连续工作情况下羽流场对敏感器的热效应。以两个敏感器为例,对仿真结果进行了分析和比较,并得出了相应结论。     

发射星都应做热真空试验

介绍了国内外卫星热真空试验的发展概况、卫星热真空试验的重要性及其与常压热循环试验的关系,指出每一颗发射星都应做热真空试验。     

海洋卫星水色仪羽流污染DSMC模拟研究

在当前和今后很长一段时间内,我国卫星姿轨控系统都将液体小发动机作为主要推进系统。对于长寿命、高可靠卫星,羽流污染评估具有重要意义,而数值模拟则是有效方法。采用DSMC方法模拟了海洋卫星单组元轨控发动机羽流对水色仪表面可能造成的污染,通过这个算例验证了DSMC方法在羽流污染模拟中的重要作用。假设羽流组分为NH3、N2、H2,水色仪表面温度为100K,计算结果显示在水色仪所在位置发动机羽流造成污染影响最小,可以忽略不计。这表明推进系统选择合理,卫星结构设计合理。     

用于结构与机构去污染的真空烘烤设备

为了防止空间结构与机构产品中的非金属材料对航天器造成污染,要在产品装配前去除其中的可挥发性物质,需对产品进行真空烘烤清洁处理,因此研制了一套结构与机构防污染的真空烘烤设备。该套设备主要包括真空容器、热沉、真空抽气系统、氮系统、去污染系统、电气控制系统等。文章对该设备的系统组成、主要性能指标及使用功能进行了详细的说明。     

ZM-4300光学遥感器空间环境模拟试验设备研制

ZM-4300光学遥感器空间环境模拟试验设备针对航天光学遥感仪器空间环境模拟试验而设计制造,可进行航天光学遥感仪器的热光学、热真空、热平衡及热循环等空间环模试验。设备包括8个主要分系统;具有液氮和机械制冷两个制冷流程;真空容器24 h累积污染量不大于1.36 g/cm2。     

热沉结构设计中关键因素的仿真研究

文章以某环境模拟试验舱的热沉结构为原型,运用数值模拟软件FLOWMASTER对热沉结构进行仿真计算,研究了单片热沉中支管群的流量和温度分配规律,计算流体在热沉片内流动产生的压力损失,分析讨论了汇总管、支管、支管间距、热负荷等几个因素对热沉结构设计的影响规律,最后提出设计热沉结构时的原则和方法。     

热力学排气系统对液氮贮箱控压特性的影响分析

为研究热力学排气系统(TVS)对低温推进剂贮箱控压特性的影响，搭建了液氮热力学排气技术控压试验平台，开展了混合模式和并行模式下的低温贮箱控压试验，研究了不同控压区间气枕压力及液相温度的变化规律，对并行模式过程中节流特性以及节流制冷量的输入对液相温度变化的影响进行了分析。试验结果表明，在混合模式中由于外部漏热和气枕压力的影响，液相温度呈波浪式上升趋势;在并行模式中，在节流制冷量输入和外部漏热的共同作用下，液相温度停止上升转而下降；在两种模式运行中，液相温度在较高的控压区间比较低的区间变化率大；理论模型能够较好反映试验测试结果，模拟分析得到的液相温度变化率与试验结果基本一致。     

调温热沉换热系统仿真设计与应用

调温热沉具有操作简单,经济性好,降温速率快,对试验件无遮挡等优点,因此,在部组件级热真空试验中具有越来越重要的地位和意义。对于调温热沉的设计,本文中通过采用基于M文件表述的S函数程序和状态空间描述的分布参数模型用于系统仿真,从而得出载冷剂、试验件、热沉三者之间的温度动态关系。继而得到热沉温度控制方案中控制参数的影响条件以及调温热沉设计方案中载冷剂的温度和流量的数据。     

KM5A空间环模试验设备研制

KM5A空间环模试验设备主要用于为航天器进行地面模拟试验提供真空、冷黑及太阳辐射等空间环境。设备主要包括真空容器、真空抽气系统、热沉、氮系统、测量及数据采集系统、外热流模拟系统等。文章概要介绍了该试验设备的系统组成、主要性能指标及关键技术。     

MEO卫星双星并行真空热试验技术

在“北斗三号”MEO卫星双星并行研制过程中,综合考虑总体任务需求、卫星热控特点、热控方案及现有试验条件,提出“双星同时进罐,单星热平衡,双星热真空”的真空热试验方案,并通过仿真分析对因两星相互遮挡引起的附加热流进行修正,实现两颗卫星同时使用同一空间环境模拟设备即可完成热平衡及热真空2项试验。数据比较表明,热平衡试验结果对在轨卫星温度的预示较为准确,验证了上述双星并行真空热试验方法的可行性。     

用于热真空环境下整星微波无线测试的低PIM吸波热沉研制

随着通信卫星技术的发展,收发共用已成为通信卫星有效载荷常用的设计方法,在这种情况下,无源互调(passive intermodulation,PIM)问题就显得尤为突出。为了完成整星及转发器分系统在热真空环境下的PIM指标测试,利用碳化硅吸波材料研制了一种低PIM吸波热沉,并利用该吸波热沉建立了指标小于150 dBm的低PIM测试环境,同时兼具热流模拟功能和微波功率耐受能力。在热真空环境下圆满完成了国内首次有整星参与的微波载荷无线PIM测试试验。