航天器流体回路工质与材料相容性试验研究

文章针对航天器流体回路工质与材料相容性的研究需求,对材料与工质全氟三乙胺的相容性进行试验分析,系统表征了试验前后工质的外观、酸值、馏出物体积分数、运动黏度、主成分含量等特性,同时测试了金属材料试验前后的质量变化、腐蚀速率、微观形貌,以及非金属材料试验前后的力学性能、质量变化,对测试结果进行了综合分析。结果表明铝合金5A06、7A04、1035以及不锈钢316L、钛合金TC11、聚酰亚胺/二硫化钼/聚四氟乙烯模压复合材料、氮化硅与工质全氟三乙胺为I级相容,可为航天器流体回路相容性设计与使用提供参考。     

液态工质与示漏气体He的漏率等效关系研究

研究密封管路液态工质与示漏气体He间的漏率等效关系,对提高检漏工作的准确性和可靠性有着重要意义。文章以环控生保系统中密封管路所用的液态工质（全氟三乙胺,乙二醇）为研究对象,对液体的流态及泄漏的相态进行理论分析,得出液态工质与He气漏率等效关系的数值区间,并利用质谱分析技术,采用金属压扁型漏孔模拟真实的泄漏孔隙进行试验研究。试验结果表明,液态工质与示漏气体的漏率比值在理论数值区间之内,流动过程中呈现两相流的状态,并且乙二醇的漏率要比He气小,而全氟三乙胺的漏率要比He气大。试验结果为研究液体泄漏过程及液、气漏率等效关系提供了基本方法和基础数据。     

真空室压升法测量液态工质漏率可行性分析

文章旨在探讨压升法测量液态工质漏率的可行性,研究液体泄漏的试验方法。首先根据液体饱和蒸气压的理论分析,得出液体挥发引起的定容压力增量;之后通过微进样系统,采用真空室静态升压方法,分别以全氟三乙胺和乙二醇水溶液为研究对象进行试验分析,研究得出漏入液体量V与压力变化ΔP成线性关系,与理论分析计算结果相符合,证明了压升法测液态工质漏率的可行性;最后提出了微量采样系统进行比对测量液态工质漏率的压升试验方法及计算公式。研究结果表明,压升法可有效地测量液态工质漏率,为液体的流动试验研究提供参考依据。     

应用混合工质制冷技术的环模设备

在-80℃的热真空环境模拟试验采用混合工质制冷的环模设备能克服液氮制冷的不足。文章提出了环模设备混合工质制冷系统的方案,介绍了混合工质制冷技术的流程、性能,提供了采用混合工质制冷的部组件的环模设备的调试结果。结果表明该设备各系统运行稳定、可靠,满足热真空试验要求。     

高真空低重力环境下液态工质排放 地面模拟试验研究

针对航天器在空间高真空低重力环境下的流体回路液态工质排放有关问题,以月球环境为例,搭建了月球重力等效地面试验系统,开展地面真空排放试验,获取了工质排放过程中的管路压力和温度变化规律,分析了影响工质排放速率的因素。试验结果表明:工质排放过程中管路的温度基本不变,回路初始压力、工质沿程温度以及排放口温度对于排放速率的影响较小。     

基于热力学效应修正的诱导轮空化模型研究

液体火箭发动机的诱导轮抽吸性能受到工质热力学效应的影响,低温工质的热力学效应对诱导轮空化工况下的工作性能影响尤为显著。由于热力学效应对气泡的增长有抑制作用,低温工质的热力学效应能改善诱导轮在空化工况下的工作特性,但目前国内对此问题的认识依然只停留在定性的层面。为了更准确地理解诱导轮在低温工质中的工作特性,必须定量地考虑这种由热力学效应所导致的影响。在Rayleigh-Plesset方程的基础上推导出了一种基于热力学效应修正的空化模型,并将此模型编译成程序模块应用于液体火箭发动机氧泵诱导轮的数值计算。对数值计算结果进行定量的后处理分析,并与发动机空化工况下的热试车数据进行对比验证了模型的准确性。     

新型吸附式工质对的性能实验研究

搭建了新型吸附式工质对氯化钙-水吸附性能试验台,对氯化钙为吸附剂、水为制冷剂所组成的吸附式制冷工质对在不同温度条件下的非平衡吸附性能进行了实验研究,并得到了吸附曲线。结果表明:氯化钙-水工质对在40℃~80℃范围内,随温度的升高,非平衡吸附量增加显著。     

推进剂管路内负压形成机理研究

嫦娥三号着陆器推进系统正样产品在测试过程中,轨控推进剂管路出现了一段时间的负压现象,为查找负压出现的原因,推进系统采用故障树分析方法对推进剂管路内负压形成机理进行了研究,并基于故障树分析结论,进行了单机级、系统级的多项专项验证试验,通过试验研究最终确认了推进剂管路内负压形成机理,该现象是由于嫦娥三号着陆器推进系统检漏时采用纯氦气工质,检漏结束后常压氦气长期存储在推进剂管路内,由于管路内纯氦气浓度远高于外界空气,存在氦气分子通过断流阀微通道缓慢扩散出去现象,随着扩散量的不断下降积累,导致推进剂管路内压力逐步减小,产生了负压。该现象与分子扩散理论的机理和规律相符,为系统正常固有现象,对飞行试验无影响。     

单相流体回路工质的优选研究

流体工质的选择是单相流体回路设计的一项重要内容,文章概述了流体工质的基本性能参数与选择标准,简要介绍了单相流体回路的分析计算过程,提出了能初步衡量工质优劣的一个特征性能参量热耗比F,设定3种工况条件,分别绘制了6种工质的热耗比F随温度的变化曲线,将比较结果应用于一个流体双回路系统的内回路,在SINDA/FLUINT中建立数值仿真模型,计算结果显示利用热耗比F可以对流体工质进行初步的优选。     

碘工质霍尔推力器内部过程数值模拟

随着霍尔推力器的大力发展，碘工质霍尔推力器越来越受到研究人员的重视。深入了解碘工质霍尔推力器放电室内部过程，为优化推力器性能和拓展空间应用提供依据。建立了二维PIC/DSMC/MCC混合方法模型，结合鞘层和二次电子发射模型，根据碘工质特性，加入解离-电离过程，在定壁温条件下，针对200 W碘工质霍尔推力器放电室内部过程开展了数值模拟，考察其放电室内等离子体的多场耦合特性以及与壁面的相互作用过程。研究其放电通道内部的等离子体行为，分析放电室内的等离子体参数，获取其离子数密度、离子轴向运动速度、电子温度等特征参数，将模拟结果和氙工质进行比较。结果表明:相较于氙工质，碘工质霍尔推力器存在解离区，宽度约为2 mm，位于近阳极区之后、电离区之前。     

铋工质阳极层推力器的研究与发展

阳极层推力器(TAL)作为一种高功率、比冲、效率的电推力器逐渐成为国内外研究机构关注的重点，其在深空探测领域具有巨大应用潜力。然而，传统的氙工质不仅价格昂贵、提纯难度大、需要高压贮存，而且不能充分发挥TAL的性能优势。固体金属铋工质具有贮存密度高、成本低、易电离等特点成为代替氙工质的理想选择。本文根据TAL的工作原理与结构特点，对铋工质的适用性进行论述。首先对该推力器的研究现状和发展趋势进行概述;其次对铋工质的性能优势进行了阐述;然后对该推力器的结构组成、工作原理及关键技术进行总结与分析;最后对该推力器的应用前景进行展望。     

碘工质电推进储供系统设计及实验

霍尔推力器越来越多地用于空间电推进,由于高纯度氙气获取难度大、成本高昂,故需要寻找其他种类的工质代替氙气用于空间推进。碘的升华温度较低,且常温储存时为固态,作为推力剂具有减小系统体积、降低成本等优势,但是适配的储供系统尚不成熟。通过比较碘和其他工质的相关特性,阐明碘作为空间电推进工质的优势,总结了国内外相关实验,说明使用碘作为推进剂的可行性,设计新型热辐射加热储罐,完成了碘工质储供系统的初步实验,对系统设计进行规划。实验结果表明:热辐射加热储罐相比于传统外部加热储罐具有更好的调节性能。     

碘工质霍尔推力器原理与研究进展

霍尔效应推力器作为一种先进的电推进装置受到国内外航天界的广泛关注,利用氙气作为推进剂的中功率霍尔推进技术已相对成熟,并有上千台霍尔推力器在轨运行。然而,作为一种稀有气体,高纯度氙气价格昂贵,相对固体推进剂其储存密度偏低,高压储箱给安全和减重带来不利。因此,寻求一种新型固态工质替代氙气具有重要意义。2006年,有学者提出利用固态碘特有的升华和电离特性,可以代替氙气作为霍尔推力器的推进剂的想法,并对此进行了原理样机设计和初步实验研究。首先对国外的研究进展和目前能达到的推力器性能进行了概述,接着阐述了碘工质霍尔推力器的工作原理,然后总结了该推力器研究的关键技术和理论上可行的解决方案,最后对碘工质霍尔推力器的应用前景进行了展望。     

载人航天器辐射器面板布局对散热能力的影响分析

以载人航天器广泛采用的圆筒辐射器为研究对象,建立辐射器散热能力数学分析模型,对比分析集中式和分块式面板布局形式给辐射器散热能力带来的影响,对比的参数包括管路长度、液体工质流量和管路入口液体工质温度。计算结果表明:在辐射器面板面积和管路长度相同的前提下,管路长度和面板分块数的变化,会造成2类辐射器散热能力的显著差异,管路长度越短,面板分块数越多,集中式布局辐射器比分块式布局辐射器的散热能力越强,最大散热能力差异达到16.0%,最小散热能力差异为13.5%。液体工质流量和管路入口液体工质温度,对2类辐射器散热能力的差异影响较小,不超过2.0%。因此,辐射器设计时不应忽略面板布局对散热能力的影响,应尽可能集中布置辐射器面板。     

微波等离子体推力器流动模拟(英文)

采用N-S方程求解了100 W微波等离子体推力器(MPT)选用不同推进工质时的性能参数;并采用直接蒙特卡洛模拟方法(DsMC)对MPT羽流进行了数值模拟.结果表明,几种工质的推力变化不大,氮气为23.6 mN,氮气为24.8mN,氩气为24.8 nuN;但比冲区别较大,氮气为565.2 s,氮气为243.7 8,氢气为180.2 s.羽流场中,密度、压强及温度沿轴向和径向均逐渐减小;轴向速度在轴线附近变化不大,采用氩气工质时,约1 700 m/s,在远离轴线区域,沿流动方向逐渐增大,沿径向逐渐减小;径向速度沿轴向变化不大,沿径向逐渐增大,并在接近流动区域边界时迅速减小.     

吸收式冰箱的研制

利用航天技术研制吸收式冰箱,解决制冷三组份工质的纯度、配比及充填量的严格控制的技术,掌握蒸发器外管内纹的设计并解决了成型技术;应用高质量的弯管及焊装技术(作爆破试验及氦质谱检漏);研制了双温电加热器及火焰调控的石油汽燃烧器并强化保温节电技术;通过与125升至200升共5种箱体匹配检测中获得良好成果;此外又进一步提出了探索性的研究课题。     

水下弹射筒口气泡及载荷特性数值研究

水下弹射是水下运载器发射的重要方式,弹射工质气体形成的筒口气泡对相邻设备安全有着重要影响。为明确国内外广泛关注的一筒多弹水下弹射筒口气泡演变过程及载荷特性,利用雷诺平均的计算流体力学方法和嵌套动网格技术,建立水下弹射两相流动非定常数值计算模型,并经实验测量数据校验后,对一筒三弹水下弹射流动和载荷状态进行数值研究。研究结果表明:水下弹射工质气体在弹体离筒瞬间产生显著的瞬态冲击,此后弹射工质气体形成筒口气泡经历膨胀发展、界面缩聚断裂、筒口滞留气泡受压收缩等状态,并伴随膨胀收缩过程对周围设备产生交变载荷冲击,载荷变化幅值超过弹体离筒时的筒内外压差值。在一筒三弹发射号位相邻水密膜位置,最小压强可降至环境压强的0.7倍,最大压强可升高至环境压强的1.5倍,是设备抗冲抗震设计需要关注的重要内容。     

航天器红外成像检漏方法研究

红外成像检漏技术以其独特的优势在航天器检漏领域有良好的发展应用前景。文章分析了红外光谱吸收成像检漏方法、红外光声成像检漏方法及红外热成像检漏方法的基本原理与应用实例,分析研究了这几种不同红外检漏方法的特点及在航天器检漏中的应用范围,并为实施航天器红外检漏方法提供了研究思路与途径。     

碳纳米管气体传感器在空间站在轨检漏中的应用

空间站在轨检漏技术对维护空间站安全起着至关重要的作用。未来空间站检漏技术要求能更加快速、准确地确定微小泄漏点的位置。碳纳米管表面积大,对气体吸附反应灵敏,利用碳纳米管制备的气体传感器具有灵敏度高、响应快、重量轻、体积小、功耗低等特点,可以用于微量气体检测。据此,文章提出可以将碳纳米管气体传感器技术用于空间站的在轨检漏,并探讨了该技术在空间站检漏应用中面临的关键问题和解决方案。碳纳米管气体传感器技术的研究和发展有望提高空间站在轨检漏技术水平,为空间站的安全可靠运行提供保障。     

运载火箭三子级燃料箱体快速检漏技术的研究

介绍了三子级燃料箱体结构、检漏要求及箱体检漏的方法,分析了三子级箱体检漏中影响灵敏度和检漏时间的因素,对吸枪开启大小、吸氦时间、氦浓度与灵敏度的关系进行了试验,认为吸枪反检氦质谱检漏技术适合于三子级燃料箱体快速检漏。文章还介绍了较佳的工艺参数。