微重力条件下卫星贮箱中的推进剂管理问题

微重力条件下贮箱中液体管理的主要问题是控制液体推进剂在箱中的位置,保证向发动机输送不含气泡的推进剂.对用于自旋稳定卫星的梨形贮箱,在透明的有机玻璃缩比模型中用去离子水作试验介质进行落塔试验.在弹星分离以后,卫星自旋以前通过落塔试验确定气液界面的形状,排出液体时夹气现象和发生夹气时剩余液体的体积,试验为贮箱设计提供可靠的依据.在长寿命的卫星上将采用一种大型表面张力贮箱,在微重力条件下将要进行相关的液体流动特性试验,如气液界面的平衡位置,挤出效率,液体流动的阻力损失,流体的晃动等,验证设计的合理性.     

空间站微重力环境研究与分析

太空中的微重力环境对基础科学研究和新技术开发具有重要意义,为了满足未来我国空间站开展微重力科学实验的需求,需要对空间站上的微重力水平进行分析和评估,指导高微重力要求实验载荷的布局和微重力实验期间的飞行任务规划。空间站上的微重力水平用加速度值度量,通常可以分为准稳态加速度、瞬态加速度和振动加速度。针对此问题调研总结了国际空间站的微重力研究情况,并以400 km轨道高度上100吨级"T"字型积木式空间站作为算例,估算其准稳态加速度大小及分布,并初步分析瞬态加速度水平的量级。结果表明,空间站准稳态加速度水平在1μgn量级,主要贡献来自重力梯度效应;瞬态加速度可达103μgn量级。文章对将来我国空间站微重力应用支持的设计工作有一定的借鉴意义。     

微重力环境金属燃烧试验研究进展

以自由落体、抛物线飞行和模拟微重力流场3种典型的微重力试验原理,综述了微重力环境下气溶胶、颗粒和棒状3种形态的金属材料燃烧研究,包括镁、铝、钛等。详细介绍了微重力对金属燃烧速度、火焰结构、相变过程及特有的燃烧现象等特性的影响机理,阐述了微重力环境对揭示金属燃烧固有属性的优势,综述了现有微重力试验系统的优缺点和模拟微重力流场方法的可行性。研究结果表明:由于创造微重力环境较难且成本较大,限制了金属燃烧固有属性及弱效应对其影响的研究。建议从微重力试验条件、弱效应对金属燃烧行为的影响、微重力下传热传质变化对燃烧化学反应的微观影响机理方面进一步研究。      

微重力振动隔离系统原理及示例简介

微重力振动隔离系统主要用于减小空间科学实验环境的振动水平。振动隔离系统通过主动抑制实验过程中环境的加速度,实现空间科学实验所需要的低加速度环境。介绍微重力隔振系统的基本原理,以及国外几种已有的和正在研制的微重力隔振系统,为自行开发研制微重力振动隔离系统提供参考依据。     

微重力下空间循环离心泵空化性能研究

针对现有空化模型对微重力下复杂空化流动预测精度不高导致卫星在轨加注用循环离心泵的工作压力低易发生空化的问题,建立了基于表面张力系数的空化两相流计算模型预测微重力环境下循环离心泵空化流动,使用该模型计算了泵在空化时的性能,预测了泵内部发生空化时的空化形态以及空化体积,对比分析了常重力下的泵空化时的外特性以及空化流动形态。研究表明,微重力下表面张力的作用导致泵内部空化体积降低以及扬程的提高,微重力下表面张力在一定程度上可以抑制空化的发展。     

空间站微重力燃烧研究现状与展望

报告了近十年国外针对空间微重力燃烧科学的战略规划,综述了在国际空间站上已经进行的微重力燃烧实验内容,分析了实验的意义和取得的成果,例如冷焰的产生。概述了即将开展的实验。最后考虑我国国情和研究基础,提出了我国微重力燃烧科学的关键问题及发展方向:以解决航天工程的重大需求为目标,兼顾对燃烧基本过程和规律的科学研究;注重与载人航天器防火安全直接相关的应用基础研究,注重与节能减排相关的应用研究。     

卫星留轨舱微重力防火实验研究

介绍卫星搭载实验项目导线着火前期特性硬件研制以及实验结果。空间飞行实验中获得了导线着火前期的温度和辐射特性,继而研究了导线过载电流、导线捆绑方式对导线绝缘层着火前期特性的影响,同时将微重力下的实验结果与地面功能模拟的实验结果进行了对比。实验结果表明,微重力环境下自然对流基本消失,导线和电子电气元件的散热情况恶化,在过载情况下就可能过热,从而导致失火。空间飞行实验中导线先期着火征兆的获得,将为开发我国微重力下的着火监测和早期报警装置提供新的技术途径。     

空间微重力主动隔振技术研究

在轨运行航天器上的实验载荷面对的是航天器内的微重力环境。由于扰动传递到实验载荷上会影响实验的有效性,因此,需要对实验载荷采取一定的振为隔离手段。主动隔振能够有效隔离低至0.01Hz的扰动,成为微重力隔振技术的发展方向。国外多种隔振装置的研制成功,对我国航天实验载荷的主动隔振装置研制具有借鉴作用。     

微重力条件下水滴撞击高温壁面数值模拟研究

火灾研究一直是航天器工程不可忽略的重要命题。细水雾被看作是载人航天器中有效的替代灭火剂,因此研究微重力条件下细水雾的特性是很有必要的。采用VOF方法对微重力条件下水滴碰撞高温壁面后的动力学进行了研究;分析了液滴碰撞高温壁面后运动形态和温度场的变化情况,水滴对高温壁面的冷却具有很好的效果。研究了水滴初始直径和速度对水滴铺展的影响,在一定范围内减小水滴粒径,冷却壁面的效果会增强;水滴速度大小不同时。水滴冷却壁面的方式不同。微重力条件下水滴有很好的冷却作用,为载人航天器中细水雾的使用提供了参考。     

国际空间站微重力燃烧项目规划及进展

对NASA近期在国际空间站等平台开展的微重力燃烧研究项目的实验装置、研究内容和进展等进行了调研与展示,旨在为中国空间站微重力燃烧科学的发展方向提供参考依据。目前,NASA通过开发国际空间站燃烧集成架的扩展设备、利用货运飞船平台以及国际合作等方式开展了一系列微重力燃烧基础科学和防火安全的相关研究,通过研究NASA将提高对高效清洁燃烧的认知,并完善未来飞船材料阻燃标准与防火安全策略,同时NASA也计划通过地基设施建设升级以降低研究成本并提高效率。     

微重力环境中质量测量方法的研究

分析微重力环境下质量测量的特点,介绍目前国际上主要研究的基于振动定律、牛顿第二定律以及动量定理的测量方法,并进行了比较,最后简述我国关于人体质量测量仪器研究情况。     

微重力场中弱强迫流动作用下的固体表面火蔓延

本文研究了微重力条件下固体可燃物表面的火焰传播过程。建立了火蔓延的三维非稳态数学物理模型，给出微重力条件下燃烧过程中固体中燃物气化表面耦合效应的数学处理。运用数值模拟的方向，探讨微笪力条件下燃烧过程的物理机理。研究了产强迫流动对固体表面火蔓延过程的影响，揭示了微重力场中弱强迫流动作用下出现逆风火焰比顺风火焰旺盛的独特现象，并与正常重力场的计算结果作了对比。数值模拟的结果基本合理。     

微重力下离心式锥形两相洗衣机流场的数值模拟研究

针对空间站长期在轨作业时为航天员提供干净衣物的需求,提出了一种适用于微重力环境的离心式锥形两相洗衣机方案。利用FLOW-3D流体力学软件基于VOF方法对微重力环境下该洗衣机方案静态流场分布、洗涤筒/波轮旋转时的动态界面形貌、波轮和洗涤筒对流场力的作用等关键的微重力流体管理问题开展了数值分析,结果表明:洗涤筒的交替转动使流场产生翻转效应,波轮与洗涤筒同向交替运动对流场产生更大的作用力;在气压平衡口安装一种防爬的楔形结构,洗涤过程采用波轮和洗涤筒同向交替转动、脱水过程洗涤筒单向旋转,洗涤效果更好。     

微重力材料科学研究与应用的潜在效益

微重力材料科学研究与应用即空间材料加工是人类开发利用空间的主要内容。本文述评了这一科学技术领域的主要进展、发展潜力和效益前景,指出了制约这一科学技术领域快速发展的主要因素和关键条件。     

常重力及微重力下液氢膜态沸腾换热预测

以液氢膜态沸腾换热为对象，收集并分析文献中涉及液氢膜态沸腾换热的实验数据。通过充分的对比研究，考核3种典型关系式针对液氢膜态沸腾换热预测的适用性与预测精度，建立可预测微重力下液氢膜态沸腾换热热流密度的数学关系式。研究发现:在地面重力下，加热面几何结构、朝向似乎不会对沸腾换热热流密度产生明显影响，均可采用Breen & Westwater公式预测其传热系数；而重力水平会对膜态沸腾换热产生较大影响，且不同重力下换热热流密度之比与重力比之间满足幂指数的关系；依据该关系式可以求解微重力下液氢的膜态沸腾换热热流密度，预测误差控制在15%以内。      

微重力下热泵压缩机承载与润滑技术研究

针对空间微重力下热泵压缩机的承载与润滑,提出了基于气浮轴承的承载与润滑方案,对气浮轴承的静态特性进行了数值仿真分析,并建立了高速气浮轴承试验系统,获取了高速气浮轴承的静态和动态承载特性。证明了所提出的气浮轴承以氟利昂工质可实现高速稳定运行。     

微重力下高热流时池内双组分核态沸腾

本文基于Helmholtz不稳定性原理建立了微重力下双组分高热流时核态沸腾的双层汽泡结构模型。由于浮力很小,这种结构能维持到CHF状态。通过对该结构的深入分析,导得了汽柱面积占总面积的百分比及液体层初始厚度的表达式,在此基础上发展了CHF模型。分析结果同实验结果及地面条件下的结果作了比较,对异同之处作出了合理的解释。      

微重力动态水气分离器性能仿真与理论分析

开展微重力动态水气分离器性能研究,对水气分离技术设计与优化具有重要意义。根据动态水气分离器内部结构和流动形式,建立了基于环状流-库特流假设的理论分析模型,提出了基于界面概率近似方法的欧拉双流体模型描述由流动形态转化造成的混合流多尺度界面,采用多参考系方法处理转动与非转动区域之间的变量交互问题。应用理论分析与仿真两种方法研究动态水气分离器准稳态和瞬态特性的无量纲参数变化规律。结果表明：理论分析与仿真结果具有较强的相互验证关系;准稳态的增压比和能耗特性能提供设计参数选择依据,能效比能确定最佳工作区间;分离阶段瞬态特性与入口流动参数无关,输运阶段瞬态特性与入口流动参数、液路出口阻尼相关;以输运压力作为液路出口电磁阀关闭充分条件可实现液分离效率不受入口流动参数影响。     

微重力下复合相变材料的热控性能数值仿真

针对航天器电子设备的热控问题,选择石蜡作为相变材料,以Al_2O_3粉末作为导热增强剂,基于焓-多孔模型与相变储能结构的被动热控技术,通过数值仿真求解了不同组分下复合相变材料的熔化过程,得到了温度分布、固液界面等数据,分析了热控效果,同时还分析了重力与微重力对熔化过程的影响。结果显示,在重力条件下,可将加热面温度控制在50～58℃,而掺混Al_2O_3粉末在增强导热系数的同时抑制了自然对流,整体传热效率降低,因此不同Al_2O_3质量分数下的复合相变材料2%的热控效果优于5%;在微重力条件下,因为没有自然对流的影响,随着Al_2O_3的增加,熔化效率提高,Al_2O_3质量分数为5%的复合相变材料相比于2%的质量分数具有更佳的热控效果。     

微重力环境下碳纤维-铝合金复合材料的制造

本研究目的是在微重力环境下制造超低密度、高刚度的复合材料。制得的复合材料结构是通过涂覆在纤维上的铝合金,使高模、短碳纤维在接触处连接,而形成任意三维结构。此材料多孔,因此具有很低的密度。文中介绍了本研究的推动因素、模拟实验、组分材料的选择及国家空间研制局(NASDA)的火箭弹道飞行实验。基础实验表明,碳纤维和铝合金之间的结合良好,因此,要获得具有理想性能的复合材料,看来是可能的。