新一代运载火箭推进剂贮箱的冗余氦气增压系统

介绍了新一代运载火箭推进剂贮箱的冗余氦气增压系统组成和工作原理。分析了增压系统几种一度故障模式下的冗余功能。地面试验验证结果表明:该增压系统采用互为备份的增压主路和副路,副路是主路的完全冗余,有一度故障的容错能力,同时降低了对增压系统中减压阀性能的要求,减少了减压阀的设计难度,提高了氦气增压系统的可靠性。     

减压阀节流口流场仿真和分析

采用Fluent软件对火箭姿态控制系统减压阀环形节流口流场进行了数值仿真,得到了流场有关参数图形。减压阀节流口气体流场为非自由、紊动、冲击、壁面射流,气体在节流口达到音速,贴壁面高速射流出去后,相互撞击、压缩并撞击阀芯柱面产生激波,气流总压损失较大,建议采用等温过程进行特性计算。减压阀环形节流口后流场存在激波,总压并不守恒,目前通用的气流稳态流动力计算公式并不合适,应借助流场分析工具进行节流元件受力分析。     

SABRE空气预冷器流动与换热数值研究

为了掌握吸气式火箭发动机(SABRE)空气预冷器的流动换热特性,为设计相应类型的预冷器提供技术基础,针对SABRE预冷器最小周期性单元,以数值方法研究了管间距、管排数、空气入射角度及氦气/空气热容量比对预冷器流动换热的影响。研究结果表明:增大管排数和减小管间距,能够增大预冷器换热功率,降低空气出口温度,但会降低空气侧、氦气侧平均换热系数,减弱对流换热能力,增大空气侧总压损失。空气入射角度对空气侧、氦气侧换热影响微小,但对空气侧总压恢复系数影响显著。增大氦气/空气热容量比能够降低空气侧总压损失,增大空气侧、氦气侧平均换热系数,降低空气出口温度。     

逆向卸荷式气体减压阀的动态特性仿真

考虑到摩擦力、阻尼力及流体流动作用力等主要非线性因素对减压阀动态特性的影响,建立了逆向卸荷式气体减压阀的动态特性数学模型,并对其启动过程与负载变化下的动态响应特性进行了仿真计算,研究了动态过程的压力、温度、流量以及阀芯位移等参数变化情况,分析了不同的参数对减压阀启动特性的影响,提出了改善减压阀动态响应特性的措施。     

液体推进剂的新型加注方法

常规液体双组元推进系统通常采用挤压加注方法,挤压介质一般为氦气,受氦气在液体推进剂特别是氧化剂中溶解特性的影响,加注过程中会出现氦气析出现象,这对加注过程本身以及推进系统后续使用均造成不可忽视的影响。为彻底解决该问题,对氦气在MON-1中的溶解特性进行了研究,模拟加注过程中的压力变化开展了氦气析出试验,在此基础上提出一种基于气动隔膜泵的加注方法,并完成加注约1 t推进剂、时长4 h情况下无氦气夹气的试验验证。为推进剂及相关模拟液的加注提供了一种新选择,试验表明该方法彻底解决了推进剂夹气问题,尤其适用于长时、大容量推进系统的推进剂加注。     

某推进系统气路启动特性研究

为研究某推进系统气路启动特性,找到造成影响减压阀建压稳定性的原因,获得稳定的减压阀出口压力建压过程,依据系统仿真方法及相关试验,对该推进系统气路启动特性进行了研究。结果表明,减压阀阀后压力稳定性与阀后的管径及阀内的N_M~L存在关系。     

超压气球驻空过程热力学特性分析

超压气球具有结构简单、载荷量大、驻空时间长等突出优点,可以应用于侦察、通信、运输补给等各个方面,实现与空天地的衔接和中继。由于飞行原理和工作环境特殊,在其设计过程中必须重点考虑热力学特性的影响。文章详细分析了临近空间热环境,包括太阳辐射、长波辐射、对流换热等。在此基础上建立了超压气球三维瞬态热力学模型,编制了仿真程序,对超压气球驻空过程进行了研究;得到了蒙皮温度、氦气温度以及气球超压等随时间的变化规律,并分析了充气量、驻空季节纬度以及蒙皮物性对氦气温度的影响。结果表明:驻空过程气球蒙皮温度分布不均匀,随太阳方位变化而变化,最大温差达65K;考虑氦气中杂质的辐射吸收作用时,白天氦气的平均温度高于蒙皮的平均温度;氦气的"超热"会引起气球的超压,在不同季节和纬度飞行时应选择不同的充气量,将超压控制在合理范围内;为减小超压量,可以选择可见光吸收率小而红外发射率大的蒙皮材料。     

动力系统大气垫容积启动充填仿真及试验研究

应用AMESim系统建模和仿真软件并考虑减压阀出口不同节流孔板孔径节流能力,建立了贮箱加注仅为满载加注量40％条件下的系统启动充填过程仿真模型。计算了电爆阀打开后贮箱出口压力变化曲线,获得系统初始充填时间。依据仿真结果结合系统实际情况完成系统冷试验证试验,试验结果与仿真计算数据基本一致。     

全程氦气增压的试验研究与应用

论述氦气的传热、节流、扩散、多变膨胀等的传输特性,以及氦气特性的试验研究结果,获得了大量的氯气使用性能资料和经验,为某型号三级首发采用全程氦气增压提供了依据.介绍系统研制与应用中,以空气代替氦气进行调试、然后用氦气校验的方法,并以空气或氮气代替氦气进行系统气密性检查,仅发射前用氦气充填增压气瓶和自动增压贮箱到额定压力,使型号研制大大地节省氦气用量和费用,为运载火箭和航天器应用轻型增压系统提供了资料和经验.     

包装箱正压环境下航天器总漏率检测技术

在总装测试中,多采用氦质谱非真空累积检漏技术在常压环境下对航天器的密封性能进行检测。检漏过程中由于自然环境大气压的变化,作为收集氦气的检漏容器——包装箱箱体可能需要承载负压,因此设计包装箱时须增强包装箱结构,会导致箱体自重过大。文章对正压环境下氦质谱非真空累积检漏技术进行研究,对该方法的可行性、测量精度和误差进行理论分析和试验验证,意在证明正压法检漏的可行性,进而优化航天器包装箱结构。结果表明:该方法适用于航天器总漏率检测,能避免泄漏检测过程中航天器包装箱因承载负压而发生损坏,可为航天器包装箱的减重设计提供参考。     

真空环境下航天器电缆温升模型试验研究

航天器电缆温度过高会造成电缆的损毁,影响整星供电安全。文章中设计并进行了真空环境下电缆温升试验。参考电缆的辐射温升公式对试验数据进行了分析,并采用最小二乘法对试验数据进行辨识得到了电缆温升模型。仿真表明模型预计电缆温度与试验温度相差较小,可应用于航天器电缆网的优化设计、航天器在轨负载平衡以及航天器功率电缆的反时限保护。     

“天宫一号”目标飞行器检漏工作总述

文章主要描述了“天宫一号”目标飞行器研制过程中与检漏相关的内容,包括检漏项目、检漏方法和检漏结果等。重点介绍了氦质谱吸枪检漏、压力变化检漏和氦质谱非真空累积检漏及多种气体分析等多种检漏方法及其适用范围。“天宫一号”的检漏数据验证了应用以上检漏方法可行且有效。     

载人航天器密封舱温湿度独立控制方法及实验研究

针对目前载人航天器密封舱温湿度控制存在的强耦合问题,提出了一种基于绝对含湿量控湿的温湿度独立控制方法,设置中温和低温两个热控回路,并通过中温温控阀和低温温控阀的独立调节,进行冷凝干燥器组件控湿和气液换热器控温的双目标控制,实现了密封舱空气温湿度解耦控制,以满足精细化控制的需求。文章给出了密封舱温湿度独立控制系统的典型系统配置及控制策略,并搭建地面实验验证系统开展了相关实验验证工作。实验结果表明采用温湿度独立控制方法可以达到温度±0.5℃、湿度±2%RH的良好控制效果。     

感温蜡温控阀对航天器热控系统动态性能的影响

为了提高航天器热控系统的控温适应能力,提出了一种基于感温蜡温控阀的单相流体回路热控方法,利用感温蜡温控阀的全自动流量、温度比例调节特性实现温度控制。通过集总参数法建立感温蜡温控阀、热源载荷和空间辐射器等部件的数学模型,运用数值仿真方法分析该热控系统的温度动态特性。仿真结果表明,感温蜡温控阀的布局方式,以及感温蜡熔程、时间常数和温度延迟等热特性对单相流体回路热控系统温度动态性能有显著的影响,对基于感温蜡温控阀的单相流体回路优化设计提供了理论依据。     

对接机构综合试验台温度环境模拟分系统温场优化

为改善某新型对接机构综合试验台温度环境模拟分试验系统的温度和压力均匀性,基于温场特性分析,用三维标准κ-ε模型对系统送风散流装置结构模型进行改进。发现散流装置的送风方式和结构对温度与压力均匀性影响较大。用仿真对散流器进行优化以改善流场,通过增设静压室和布风散流装置,在送风温度不变时可将温场温度均匀度控制在1 K内,压力梯度下降至改进前的0.5%,且改进后的送风结构能较好地满足温场体积变化后的试验要求。     

微重力环境中重力梯度加速度引起的流体晃动运动

本文研究了关于旋转轴在贮箱的非对称轴上且远离贮箱的几何中心情况下，流体在微重力环境中由重力梯度加速度诱发的晃动特性，建立了问题的数学模型并对模型进行了数值模拟。以高级Ｘ射线天文物理实验卫星（简称ＡＸＡＦ─Ｓ）作为研究对象，获得了由旋转运动引起的重力梯度加速度的数学表达式。晃动问题的数值计算以与卫星固连的非惯性坐标系为基础，目的是寻求一种较为易处理且适合于流体力学方程的边界和初始条件。通过数值计算获得了流体作用于卫星贮箱上的力和力矩。     

新一代运载火箭增压技术研究

随着新一代运载火箭研制的开展,新型120t级高压补燃液氧煤油发动机将得到广泛的使用,该发动机采用的推进剂贮箱增压系统设计被列为新一代运载火箭研制的重大关键技术之一。在对国内外主要液体运载火箭增压方案进行分析的基础上对120t级液氧煤油发动机的贮箱增压系统进行了研究,提出了液氧贮箱采用压力传感器与电磁阀组合的常温氦气加温增压,煤油贮箱采用压力传感器与电磁阀组合的常温氦气增压方案,并针对液氧贮箱采用常温氦气加温增压的方案开展了理论分析和全尺寸系统级试验研究。理论分析和试验结果表明,该增压方案可行。     

柔性收集室检漏技术可靠性分析与验证

柔性收集室检漏技术是一种航天器总漏率检测技术,其工作原理是利用柔性材料制成的罩子作为示漏气体的收集容器,以氦质谱检漏技术为基础进行航天器的总漏率检测。文章针对柔性收集室检漏技术中关键环节的可靠性进行了分析研究和试验验证。结果表明:柔性收集室检漏技术可满足航天器总漏率检测任务需要。     

航天器对流换热地面降压模拟的临界压力准则

航天器密封舱在地面模拟试验中常通过降压法抑制自然对流的影响,但降压比的选择 往往缺乏定量准则,这使得自然对流的抑制效果得不到保证。使用数值模拟方法确定临 界压力比,以几种典型航天器密封舱内的流动换热情况为例,分析了不同Gr／Re 2 数和压力比下密封舱内的流动换热情况。得到了舱内气体温度分布和对流换热系数。通 过比较空间情况和地面情况的计算结果,分析了自然对流给流动换热带来的影响,给出了判 断临界压力的准则式,并给出了临界Gr／Re 2数。结果表明：临界压力 的准则关系和密封舱的形状和内部结构无关。
     

航天阀门运动副卡滞故障分析及对策

阀门运动副的卡滞卡死现象是超低温液氢液氧火箭发动机阀门的常见故障,防止卡滞卡死是阀门可靠性设计的重要内容之一,因为卡滞卡死往往是在阀门动作若干次以后才发生的,不易被人们所发现,因而构成阀门可靠性设计的最大威胁。特别是在低温环境试验中,阀门更容易发生卡滞卡死故障。文章叙述了国内外有关低温阀门卡滞卡死故障的统计数据、故障机理、可靠性设计和防卡滞设计准则、防卡滞设计措施,并配合实际案例进行说明,可供航天发动机和航天器低温阀门设计人员参考。