基于PLC和WinCC的火箭发动机热真空试验控制系统

为了验证液体火箭发动机热防护和热管理措施的合理性和有效性,模拟飞行程序全过程,考核发动机及各组合件在热真空环境下的适应性能,需要搭建热真空试验平台。试验要求考核发动机五个关键部位的试验性能,各个部位的热流值是一个随着时间变化的参数。介绍了热真空试验平台控制系统模拟真空环境及温度环境的要求、技术途径和调试过程。控制系统采用PLC和WinCC组态软件,调节模拟装置的输出功率,达到需要的热流条件;采用真空泵抽真空方式使发动机的环境压力接近真空,各项指标符合试验要求。     

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。     

神舟号飞船真空热试验的特点

对真空热试验作了概述，从真空热试验剖面、外热流模拟、密封舱压力控制、温度测量等方面介绍了神舟飞船真空热试验的主要特点。     

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。     

姿控发动机试验热流参数测量系统设计

针对姿控发动机试验热流参数测试需求,在分析热流测量机理的基础上,提出了一种基于DT800的高性价比热流参数测试方案。着重论述了系统组成及工作原理、热流传感器安装工艺、数据记录仪选型、软件设计方法、数据处理方法、系统校准方法及系统调试工作。经多次试车验证:系统操作简便,性能稳定,测量数据完整可靠。     

热防护材料表面发射率测试研究

提出了一种基于热流反演方法的表面发射率测试方法,并应用该方法对火箭发动机用热防护材料镀铝薄膜表面发射率进行了测量。试验在真空舱中进行,利用石英灯对试片进行加热,建立了由石英灯和试片组成的热交换系统,根据传热理论推导出了包含试片表面发射率的传热方程。依靠热电偶测量试片温度变化,反演得到表面热流,代入传热方程,获得试验用镀铝薄膜表面发射率约为0.12。此外,还采用集总参数法对镀铝薄膜表面发射率进行了计算,两者结果相差小于1.5%。提出的发射率测试方法虽然不能得到光谱发射率,但已经可以满足工程应用,且简单易行。     

泵压式发动机瞬态热试验方法

上面级泵压式发动机结构复杂、在轨飞行时间短,因此其热设计的验证比较困难。文章针对发动机自身特点提出了瞬态热试验方法,通过对发动机复杂外形包络面规则化、分区构建绝热型热流计("黑片")热模型快速提取试验外热流,采用符合发动机外热流瞬态变化趋势的"光照区+地影区"分段阶梯式外热流加载策略。试验温度测量结果表明:发动机热控设计和热分析模型正确;在此基础上修正初温后可对在轨飞行温度给出更准确的预示。     

航天器温度数字测量系统的多机通信

温度测量是真空热试验中一个重要的测量项目,数字测量技术是适应真空热试验温度测量需求多样性的一项新的应用技术,而实现多机通信则是数字测量系统的关键技术之一。文章建立了具有多种多机通信模式的真空热试验航天器温度数字测量系统,阐述了不同多机通信模式的通信原理与协议,介绍了利用上位机管理软件VB6.0实现串行通信以及对温度数据进行管理的方法。     

真空热试验测控软件系统架构设计

随着航天器真空热试验的不断增多,对真空热试验热流模拟、温度测量与控制系统的热流模拟精度、速度、模式、测控通道数、系统功能等要求也越来越高。为进一步增强整个测控试验流程的可靠性、安全性、易用性、可扩展性,缩短试验准备时间,文章基于现有硬件系统与测控系统任务要求,提出了一套测控软件系统架构设计,即采用自顶向下逐步细化的分层设计将整个系统软件分层,再根据功能进行模块划分,保证了上层软件的设备无关性与各模块间的独立性,能够作为代码并行开发的基础,为代码开发人员提供指导和限制。     

钨铼热电偶在航天器真空热试验中的应用

目前国内在航天器热试验温度测量方面还没有开展超过1400℃的超高温测量技术研究。文章基于航天器热试验常用热电偶测温原理,分析了钨铼热电偶的结构及制造工艺,并搭建一套热试验测量系统以验证其在航天器真空热试验温度测量系统中的应用。试验结果及数据分析表明,在真空低温环境下钨铼热电偶能够实现1600℃温度测量。     

“嫦娥一号”卫星真空热试验中的技术关键

"嫦娥一号"卫星是我国第一颗绕月探测卫星,由于其所处特殊的热环境,造成热控设计的复杂性,随之带来的是对卫星系统热控和真空热试验提出了很高的要求。该卫星在2005-2006年一年多的时间里完成了大量的整星、系统级及大部件的真空热试验,对现有的空间环境模拟试验技术是一个严峻的考验。文章分别从外热流模拟装置设计技术、热试验支架设计技术、数据测量与控制技术等方面所做的技术创新及其在"嫦娥一号"卫星系列真空热试验中的应用情况作了简要介绍。     

吸波热沉在微波雷达成像卫星真空热试验中的应用

在微波雷达成像卫星的整星真空热试验中,需采取特殊措施吸收SAR天线T/R组件发射出的大功率微波,以保护组件不被损伤。文章介绍了一种新型外热流模拟装置——吸波热沉,兼具吸波和外热流模拟2方面的功能。为验证吸波热沉在真空热试验时的有效性,设计了一套验证试验方案,试验结果表明:吸波热沉可以满足真空热试验的外热流模拟精度需求,偏差在4%以内。该装置已在某微波雷达成像卫星的真空热试验中成功应用。     

热屏绝热型热流计可行性分析

热平衡试验是航天器热控设计的重要环节,外热流模拟和测量是热平衡试验的两个关键因素。两者的不准确将给热平衡试验带来不可预估的影响。因此热流测量技术是热平衡试验的关键技术之一。目前使用的热流计测量低热流密度时存在较大误差,为此研制一种高精度热流计——热屏绝热型热流计来测量热流。该热流计主要包括敏感面和热屏两部分。敏感面用来测量热流,热屏则为敏感面提供一个绝热环境。其关键技术是在热屏和敏感面充分隔热的基础上,采用跟踪控温的方法使热屏和敏感面的温度相同,从而使两者之间的热交换可以忽略。文章利用热分析计算分析了该热流计其敏感面和热屏的等温性能满足热流测量要求;并利用试验证明了跟踪控温技术可行,热屏和敏感面温度一致,从而说明了该热流计测量热流的可行性。     

外热流模拟对象在线辨识方法比较分析

用红外加热笼进行航天器外热流模拟时,要获得热流、温度的优良控制品质,前提是需要准确辨识被控对象模型。文章选取两次航天器热真空试验、多个回路实际测量数据,通过比较常见的3种辨识方法的辨识效果,认为相对于其它两种辨识方法,近似极大似然递推算法具有抗干扰能力强、适应不同噪声环境、参数稳定收敛等优点。     

使用太阳模拟器进行热平衡试验的附加外热流影响分析

航天器的结构复杂化与表面热光学性能差异,使得航天器热平衡试验中对大型太阳模拟器的需求越来越大。文章根据离轴式太阳模拟器的结构,分析了使用太阳模拟器进行热平衡试验时,真空容器中附加外热流的来源及其对试验的影响,并通过建立热控星模型和容器与热控星的联合模型进行仿真计算,给出温度分布结果,进而提出相应的试验设计改进建议。     

变推力发动机高模试验真空压力测量技术研究

变推力发动机高空模拟试验中真空压力是关键参数,对于76 km高空环境试验系统,真空压力测量的准确性是判断发动机能否点火的重要依据。重点介绍了真空压力测量技术在承担76 km高空环境试验中的应用,研究了试验环境下高真空计的分段测量,以及真空计的安装工艺、测量工艺和现场校准技术,实现了76 km真空压力的准确测量。     

真空热试验中卫星水平度测量系统的设计与仿真

真空热试验是卫星研制过程中必须进行的大型地面模拟试验之一。在真空热试验的准备阶段和试验阶段都必须采集卫星南北板倾斜角度,密切关注卫星姿态,以判断热管是否处于正常工作状态。文章基于AT89C52单片机、TSD-232水平敏感器和C语言设计出一套卫星水平度测量系统,并对其在Keil u Vision3和Proteus联合平台下进行了仿真分析。结果表明:该系统结构简单,程序设计方便,为卫星水平度的实时监测提供了保障。     

红外加热笼进行瞬态外热流模拟的优化方法

为研究航天器真空热试验时红外加热笼模拟瞬态外热流的优化方法,文章建立了航天器器表、红外笼与热沉之间的辐射换热模型,得到舱板与红外笼的瞬态温度变化、器表到达热流密度的表达式,得出器表到达热流密度与器表内侧等效吸收热流密度和红外笼带条加电电流之间的关系。分析器表内侧等效吸收热流密度相同和不同的情况,基于红外笼加电控制周期为1 min和红外笼带条热容影响,对红外笼加电方式进行研究,提出变电流的优化加电方法。分析结果可为红外笼作为瞬态外热流模拟手段提供参考,减少瞬态外热流模拟误差。     

提高星载多工器热真空试验测试精度的方法

星载多工器是卫星有效载荷分系统中的关键部件;须对其在热真空环境下的插入损耗、波动等射频性能进行准确测量,以真实反映产品的应用性能。经过分析多工器测试系统原理组成以及导致多工器热真空试验测试数据不准确及不稳定的各项因素,确定测试电缆性能随温度变化是影响多工器热真空试验测试精度的主要因素后,给出5种改进方法,包括:以参考电缆辅助说明测试电缆变化;采用波导阵测试系统;测试电缆实施热控包覆;运用时域分析计算并剔除测试电缆变化;测试电缆多通道实时校准。最后,汇总对比这些改进方法的应用效果,推荐测试电缆多通道实时校准为最佳,为行业提高星载多工器的热真空试验测试精度提供参考。