用于空间舱火灾预警的气体检测技术研究

针对空间舱火灾的风险和早期预警需求,提出了一种用于空间舱火灾预警的气体检测装置设计方案。该方案首先基于微重力条件下燃烧特征和相关非金属材料燃烧试验,提出了适用空间舱火灾预警的目标气体类型和对应的指标要求以及组分气体火灾报警策略,并以此为根据设计了基于激光吸收光谱技术用于火灾探测的四通道气体检测系统,同时搭建了单通道气体检测装置。试验结果显示:单通道气体检测装置的T90响应时间约为1 s,且在-30～60℃范围内温度对浓度测量的影响小于1%,响应快速性及免标定功能均得到了试验验证。     

星用非金属材料出气模型的应用

卫星上所用非金属材料，在空间真空环境下存在出气行为，产生污染效应。为了研究这种出气行为，本文以扩散理论为理论依据，推导材料出气模型。利用空间分子污染气体分析仪，测试了星用非金属材料的出气速率变化，对所测数据进行曲线拟合，通过试验和理论分析，证实了模型推导的正确性，结果表明：经过6h的真空加热预处理能够有效减少出气污染。     

机载火警探测系统的改进研究

目前民航飞机货舱火警探测器普遍采用红外光电感烟器,存在响应慢和误报率高的缺陷.文中引入火灾发生早期出现的一氧化碳气体浓度/浓度变化量作为新的火警探测标志量,设计了烟气复合火警探头.提出了两维输入复合偏置滤波自动火警报警算法,设计了火警报警阈值调节模糊系统,根据烟雾浓度变化量和一氧化碳气体浓度变化量等动态参量,智能调整火警报警阈值,拟解决货舱单一使用红外光电感烟火警探测器误报率高和响应慢的问题.模拟实验结果表明:新研制的烟气复合火警探测器比现有的红外光电感烟探测器有更低的火警误报率和更快的响应速度.     

圆锥形谐振管的谐振性能研究

在液体火箭发动机气动谐振点火技术中,圆锥形谐振管因气体谐振加热温度高、加热速度快而受到重视。文中利用Whitham规则,从理论上分析了在圆锥形管中振荡气体的压强和温度特性。因为圆锥形谐振管对激波有增强作用,所以在相同条件下,圆锥形谐振管中气体压强的振荡幅度和加热温度、速度都要高于圆柱形谐振管,因而圆锥形谐振管加热性能比圆柱形谐振管好。      

低功率电弧加热发动机内流动、传热与传质的数值计算

为了获得电弧加热发动机内部流动、传热与传质的一些基本规律,采用基于局域热力学平衡假定的物理模型,对不同气体、工况和发动机进行了研究。结果表明,电弧加热发动机内的气体在约束通道内由亚声速加速到超声速,轴向速度在约束通道出口下游附近达到最大值,然后随着轴向距离的增加速度逐渐降低;电弧加热发动机内气体加热主要发生在阴极下游以及约束段附近,最高温度出现在阴极尖下游;在喷管的扩张段,由于气动膨胀作用以及焦耳热的影响逐渐降低,气体温度逐渐下降。     

玻璃纤维增强酚醛基复合材料平均线胀系数测试影响因素

研究了保温时间、升温速率、预处理温度等对玻璃纤维增强酚醛基复合材料线胀系数测试的影响。结果表明,玻璃纤维增强酚醛基复合材料在加热条件下进一步固化,造成样品收缩与样品受热膨胀相抵消,升温曲线出现平台。因此,测试前应对样品进行预处理,处理温度高于试样最终的测试温度,低于样品固化温度,以免材料内部结构发生变化;设置合适的升温速率,升温速率低,增加了时间成本,升温速率太高,测温热电偶引入的误差增加,且不均匀的加热使试样产生热应力,影响试验结果。     

无通风直升机动力舱火灾温度场数值模拟

采用大涡模拟(LES)技术,针对某型直升机动力舱建立了火灾模型,选择油池火灾作为研究对象,并对火灾场景进行了设计.利用数值模拟的方法研究了不同位置火源动力舱的火灾场,分析了火源位置对火灾热释放速率、速度场和温度场的影响.结果表明:无通风条件下,火源位置的改变影响动力舱火灾的蔓延,并且当火源位于动力舱底部距前防火墙1/4处时,火灾强度较大,对舱内部件的破坏较为严重.因此,在防火设计中应重点对该部位火灾区域进行防范.研究结果可为动力舱灭火系统设计提供参考.      

空间站太阳能吸热器蓄热性能地面模拟试验

利用相变材料 (PCM)的熔化潜热来蓄热可以保证空间站太阳能热动力系统在轨道的阴影期内仍能连续发电。针对这一核心技术 ,建立了空间太阳能吸热 -储热器单元换热器地面模拟实验台。在模拟轨道条件下 ,对不同入射热流、不同工质进口温度及不同工质流量进行了多种组合测试。结果表明 ,单管工质气体的出口温升在轨道的日照期和阴影期都达到了预期的要求 ,相变材料容器的最高温度和平均温度都处于材料的安全范围内。     

测定电离复合速率常数的激波管方法

发展了测定电离复合速率常数的一种新的激波管方法。在这一方法中使用反射激波加热预混气体使之电离,相继用可控制的强稀疏波使之快速冷却,冷却速度很快,可达１０＾６Ｋ／ｓ,使之在冷却过程中,电离远离平衡态。用压电传感器和Ｌａｎｇｍｕｉｒ探针监测状态变化历程和离子浓度,并可获得过程中所有的状态参数,测定了ＮＯ＾＋＋ｅ电离复合速率常数。实验表明这一方法简易可靠。     

空间站睡眠区气流组织仿真分析

为了营造舒适安全的空间站睡眠区气流组织环境,建立了三维睡眠区仿真模型,使用FLUENT对空间站睡眠区的流场、温度场以及CO2浓度场进行了数值计算,选取面部速度舒适比例和空气龄作为评价指标,对乘员面部区域气流组织质量进行了评价。结果表明:乘员面部区域速度舒适比例能够达到70%,满足航天员的安全与舒适性要求指标;乘员头部区域空气龄均值为28.4 s,空气较为新鲜;乘员头部区域温度在25℃左右,满足散热需求;乘员口鼻区CO2浓度低于1000 ppm,满足安全性要求。该通风方式满足空间站睡眠区的环控生保设计要求。     

圆柱形谐振管气动谐振加热现象的理论分析

为了分析谐振管中气体温度在射流的长时间作用下能升高至某定值但不能无限升高的原因,针对由声速喷嘴和圆柱形谐振管组成的系统,利用激波理论对圆柱形谐振管中周期性运动的激波与膨胀波对气体的作用进行分析,认为激波使管中气体温度升高、膨胀波使气体温度降低,它们的周期性作用使管中气体温度能够累积升高,随着气体温度的升高,激波的加热作用减弱,并最终消失,管中气体温度达到某定值。     

脉冲爆震发动机点火过程离子催化效应数值模拟

利用气体电离理论推导出氢气-空气混合气体电离后组成成分,理论分析活性基团对燃烧速率及剧烈程度的催化效应,以及不同点火能量、活性基团浓度对缓燃转爆震(DDT)过程的影响.结合氢气-空气燃烧23步化学反应动力学机制,采用FLUENT软件对不同工况下的DDT过程进行模拟,与理论分析结果对比.结果表明:点火温度为2000~2500K时,活性基团的加入,可提高燃烧速率,DDT时间可缩短9.91%~21.08%,DDT距离可缩短3.32%~8.08%,DDT时间和DDT距离的改变幅度随点火温度的升高而增大.点火能量较高时应该考虑气体电离效应.      

基于红外差分吸收的矿井瓦斯浓度分布式监测系统

为了实现矿井瓦斯气体浓度的实时监测和预警,设计了一套基于近红外差分吸收光谱原理的矿井瓦斯浓度分布式光纤监测系统。选用中心波长为1650nm的DFB激光器作为光源。选择Newport公司生产的325型号温控器和525型号驱动器,将激光器输出波长稳定在1653.7nm处。采用光分束器将激光分为两路信号,分别连接气体吸收室和参考气室。以PIN光电二极管为光电探测器,设计了光电转换电路,进行了瓦斯浓度测量实验,并得到瓦斯气体浓度的计算表达式。实验结果表明该系统能够准确地测量瓦斯浓度。     

用于航天器火灾早期预警的HCN痕量气体检测研究

针对目前航天活动的日益频繁和航天器火灾所产生的致命影响,以载人航天器火灾预警为背景,采用石英增强光声光谱方法对火灾早期特征气体氰化氢(HCN)进行了检测研究。计算并选择了目标探测气体的红外吸收谱线,同时,通过试验对系统声波探测单元以及激光调制参数进行了优化,获得了1.7 ppm(10~(-6))的探测极限。对声波探测单元进行了优化设计,通过3D打印技术,研制出了微型声波探测模块。采用集成化的数字电路,其整机尺寸为25×25×10 cm~3,总体功耗约为7 W,最终实现了传感器整机系统的小型化和低功耗。     

自动铺带中红外加热技术研究

为保证复合材料预浸带始终处于适宜铺放成型的工艺窗口内,自动铺带( ATL)成型过程中需要对预浸带的铺放温度进行精确控制.为适应高速率自动铺放,需要研究新的高效加热及精确控制方法.本文提出高加热效率、高响应速率的红外辐射加热方案.通过对红外热源与预浸带能量传输过程的分析,提出了红外加热过程中各传递系数的计算方法和公式.基...     

基于流场仿真的空间站睡眠区不同进风口位置睡眠舒适性研究

空间站睡眠区的气流分布对航天员睡眠舒适性和安全性有重要影响。为保证睡眠区内空气对流充分,以及航天员的人身安全和舒适性,参照试验样机建立了空间站睡眠区三维模型,选择顶部、侧部、底部三种不同进风口位置,利用Fluent对睡眠区内部空气流场、温度场以及浓度场进行数值仿真分析,并选取舒适速度比例、换气效率、以及吹风感作为睡眠舒适性和安全性评价指标。结果显示,底部进风时睡眠区流场均匀性以及舒适速度比例最高,综合效果最佳,可达到优化睡眠区流场的目的,为我国空间站睡眠区的设计提供参考。     

环境压力对双组分运动液滴蒸发特征影响的理论研究

为获得亚临界条件下,环境压力对双组分运动液滴蒸发特性的影响规律,基于多组分液滴蒸发模型,对癸烷—乙醇二元混合液滴在高温氮气环境下的运动蒸发过程开展模型研究。通过模型计算,获得了液滴内部浓度分布、温度分布和液滴速度随时间的变化;分析了在环境压力0.1MPa和2MPa下,不同浓度液滴温度、尺寸及表面乙醇浓度的变化特征。结果表明:双组分液滴运动蒸发过程中,内部存在显著浓度和温度梯度,传热扩散快于传质扩散。常压环境下,液滴温度经历瞬态加热和平衡蒸发两个阶段,而高压环境下,液滴温度逐渐升高至接近环境温度。双组分液滴蒸发过程中由于组分浓度随时间变化,其无量纲尺寸随时间变化明显偏离"d 2理论";环境压力越高,液滴运动的贯穿距离越短,蒸发速率越慢。乙醇浓度对液滴蒸发速率的影响有两方面:蒸发前期,乙醇浓度越高,液滴蒸发速率越快;而蒸发后期,乙醇浓度越高,液滴蒸发速率反而越慢。     

用于空间站的螺旋波等离子体推进研究进展

针对如何利用空间站中气态物质作为电推力器的推进工质,产生空间站姿轨控所需动力,提高空间站物质利用率以及降低空间站长期运行成本,介绍了螺旋波等离子体推力器的工作原理及性能特点,结合气态物质的主要成分,综述了国内外对于复杂工质螺旋波等离子体推力器的最新研究进展,讨论了复杂工质螺旋波等离子体推力器的关键技术和研究方法,对复杂气体用于螺旋波等离子体推力器的应用进行了展望。     

高温化学腐蚀加工多孔碳化硅陶瓷的表征及机理

探讨高温化学腐蚀加工SiC陶瓷工艺参数对加工质量的影响,分析SiC陶瓷的腐蚀机理。分别用失重法和Archimedes法测量试样的腐蚀速率和气孔率;用XRD、SEM、粗糙度测试仪对试样表面的形貌和结构进行表征。结果表明:随着温度和KOH浓度升高,腐蚀速率加快,温度高于碱溶液沸点时,腐蚀效果显著提高;碱溶液浓度过高会造成气孔率下降,升高温度可减缓气孔率下降;在优化的工艺参数下,高温化学腐蚀能够降低样品粗糙度,最低约为1.6μm;表面质量得到改善,轮廓支承长度率Rmr提高,Rmr(50%)达到89.70%;腐蚀温度过高或时间过长将造成晶粒脱落,导致表面质量大幅下降;此外,与机械加工试样相比,高温化学加工后的样品未出现裂纹,表面经简单清洗无反应物残留。     

一种自激式催化点火的试验研究

针对影响催化点火的关键性因素，研究了一种简易可行的自激式催化点火装置。该装置采用具有高电阻的催化床，直接通电加热，从而大幅度降低来流混气的点火温度，降低点火能耗及缩短点火延迟期，可作为冲压发动机和涡喷发动机的辅助点火装置。