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。     

2010年国际空间站科学实验简析

介绍了国际空间站上微重力科学研究概貌，重点分析了2010年首次开展的新实验领域分布特征和新的研究主题，初步揭示了国际空间站科学实验发展态势和趋向。分析结果给出了国际空间站研究热点领域及表现活跃领域；深入研究了新实验集中的研究领域。提出了有望成为未来空间站科学实验的新热点及需要继续加强的研究问题，为未来的载人空间探索行动...     

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。     

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。     

载人航天器操作器系统述评(续)

地球轨道载人航天器的操作器系统用于支持微重力环境舱外活动运作,对空间站的组建与维护以及空间科学实验具有重要的作用。研究分析美国航天飞机与国际空间站及俄罗斯和平号空间站上所有的操作器系统,即美国航天飞机遥控操作器系统;国际空间站上的空间站移动服务系统、日本实验舱遥控操作器系统、欧洲自动臂、轨道更换单元搬运装置、以及改进型天箭号吊机;和平号空间站上的天箭号吊机与舱段再对接操作器系统。其中,轨道更换单元搬运装置与天箭号吊机由航天员直接手动操作,而其它操作器系统都是自动运作。每个操作器系统都有确定的应用目的,合理的设计使它们成功地执行各自所赋予的使命。     

基于内腔光阱的光力加速度测量方法

内腔光阱中被捕获微粒的微小位移将导致腔内激光功率的大幅变化,可实现光阱系统的快速自反馈.基于这一原理,提出了一种新型加速度测量方案.该方案计算了内腔光阱中被捕获微粒的径向受力,建立了利用激光功率进行加速度传感的理论模型,并分析了工作点的选取对加速度测量的影响.系统以高频光电探测器作为加速度测量模块,可实现GHz量级的信号采集.内腔光阱将进一步促进光镊技术在惯性测量方向上的应用.     

离心式恒加速度试验系统基本参数研究

通过对离心机加速度方向、加速度数值、速度波纹、加速度梯度等基本参数特性的分析,得出离心机设计、使用及测量等方面的有效方法.以常见的2种100 kg转臂式恒加速度离心试验机SY31-100型与SY31-100A型为例进行比较,分析试品在某一设定加速度试验时,不同的点可能承受的最大和最小加速度,得出减少试验样品上各点试验加速度误差的处理方式.     

基于本体理论的空间站短期任务规划领域建模研究

规划领域建模是解决空间站短期任务规划问题的关键技术之一。通过对比分析空间站短期任务规划问题,梳理了其规划领域特点,归纳总结了领域建模需求;基于本体理论分别建立了规划领域本体模型、对象概念本体模型和方法概念本体模型,进而构建了空间站短期任务规划领域体系,规范化描述了领域内的概念及其关系。最后通过在货运补给与微重力实验两类任务建模上的成功应用验证了所建立模型的有效性。     

金属材料空间3D打印技术研究现状

空间3D打印技术对航天器维护及深空探测具有重要意义。结合金属材料3D打印技术的特点及空间的微重力环境,从热源适应性、材料适应性、成形工艺适应性等方面探讨了金属空间3D打印所面临的困难。在此基础上,提出了空间3D打印宜选取电子束或激光为热源、丝材为原料的技术方案,并简述了目前国际上3D打印技术在微重力环境下金属材料制备方面的研究现状,分析了微重力条件下金属材料凝固时气孔等凝固缺陷的形成及元素偏析行为。围绕空间站建设和载人深空探测需求,讨论了金属材料空间3D打印在空间站自我修复及金属构件在轨制备等方面的应用前景。     

基于精密单点定位的航空重力仪运动加速度估计

本文针对航空重力测量中利用单基准站差分GNSS方法估计载体加速度的局限性,提出了两种基于PPP的载体加速度高精度估计方法—位置差分法和相位差分法。在详细推导了两种估计方法解算方程的基础上,研究总结了方法各自的特点与优势,最后通过实验分析了卫星导航误差源对两种方法的影响。实验研究表明,相位差分法在抑制低阶误差方面更具优势;-2~+2周的整周模糊度解算偏差对位置差分法的加速度估计结果在滤波后产生近10mGal的影响;在数据采样间隔为1s时,1周的周跳对相位差分法的加速度估计结果产生数千mGal的误差。研究结果能为航空重力测量中利用PPP高精度估计重力仪加速度提供一定的理论指导,尤其对难以建站的测区的重力测量具有重大意义。     

海洋重力计量体系及方法

重力加速度精确测量在国防军事、地质研究、资源勘探、地球物理、地震预报及计量科学等领域中均有着广泛的应用。重力加速度测量和量值传递均需以绝对重力仪为载体进行，而重力加速度测量的准确性需要通过量值溯源来保证。目前，我国在海洋绝对重力计量领域还处于空白阶段，而在建设海洋强国的进程中，海洋重力计量体系的构建显得尤为重要。以此为背景，基于当前已有的重力量值溯源及传递体系，结合我国当前海洋重力计量的需求，就海洋重力体系的建设及规划给出了若干设想和展望。     

Experimental investigation on operating behaviors of loop heat pipe with thermoelectric cooler under acceleration conditions

An experimental study was carried out in this article to investigate the transient operating performance of a Dual Compensation Chamber Loop Heat Pipe (DCCLHP) with Thermoelectric Cooler (TEC) under acceleration conditions and ammonia was selected as the working fluid. For the purpose of comparison, experimental work was conducted under terrestrial gravity. Sensitivity analysis was performed to explore the effect of several control parameters such as the heat load, acceleration magnitude and TEC assist on the startup and operating performance of the DCCLHP. Experimental results indicate that the DCCLHP can get to a steady-state operation when the heat load changes from 25 W to 300 W under terrestrial gravity. While under acceleration conditions, the DCCLHP can work at a high operating temperature or even fail to operate, which shows the acceleration effect plays a significant impact on the loop operation. The TEC assist with power of 10 W can improve the operating performance and reduce the operating temperature for the case of small heat load and acceleration magnitude. When the acceleration exceeds 3g at large heat load, the effect of TEC assist on the operation at large heat load can be ignored.     

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。     

减载加速度计组合减振设计与分析

运载火箭飞行过程中振动量极大,影响减载加速度计组合输出精度,必须加上减振器才能满足系统指标的要求。同时,为了实现减载加速度计组合小型化、轻量化的要求,采用四点减振的减振方案,介绍了减载加速度计组合减振设计过程,并采用ANSYS有限元软件分析了减载加速度计组合未采用减振系统情况下的模态、应力和加速度响应。通过在减载加速度计组合底座上安装4个减振器,使用电磁振动台对减载加速度计组合3个方向进行正弦振动及随机振动试验。试验结果表明,减载加速度计组合采用的四点减振形式可以有效地隔离振动,减载加速度计组合输出精度满足系统提出的零偏均值小于4mg的指标要求,减振器指标设计合理。     

涡喷发动机加速控制系统数学模型及数字仿真

 本文介绍了航空涡轮喷气发动机加速控制系统数学模型建立、数字仿真方法。由于加速过程是一个大偏离动态过程,因而发动机与加速控制器模型均用非线性方程描述,对非线性方程组求解和系统迭代方法本文进行了讨论。算例中分析了在不同飞行条件下发动机的加速规律。     

用光学干涉方法对液相扩散传质过程的研究

液相中扩散传质过程研究无论对于基础理论还是生产实践都具有重要的意义。但在通常的重力环境中，传质过程不是单因素地由浓度梯度来决定，对流和沉降会对实验研究产生重要的干扰。通过光学干涉技术的应用，实现对于扩散过程中的传质系数进行测量，实验中采用Mach—Zehnder干涉仪对于整个传质过程进行监控并记录相关图像信息。这些图像信息是贯穿在整个实验过程中的连续录像，不同于其它实验记录的静态图像。通过计算这些随时间改变的干涉条纹的变化，就可以推导出传质系数的结果。实验液体选用水／葡萄糖溶液，之后还将进一步将该实验装置搭载TF-1火箭，进行微重力实验，以排除重力产生的影响。     

角加速度测量

首先简单介绍了角加速度测量方法,并对国内外几种角加速度传感器进行了分析,介绍了它们的设计思想、工作原理、特性及其应用,最后对国内角加速度传感器研究状况进行了简单的探讨.     

Astronaut-induced disturbances to the microgravity environment of the Mir Space Station

In preparation for the International Space Station, the Enhanced Dynamic Load Sensors Space Flight Experiment measured the forces and moments astronauts exerted on the Mir Space Station during their daily on-orbit activities to quantify the astronaut-induced disturbances to the microgravity environment during a long-duration space mission. An examination of video recordings of the astronauts moving in the modules and using the instrumented crew restraint and mobility load sensors led to the identification of several typical astronaut motions and the quantification of the associated forces and moments exerted on the spacecraft. For 2806 disturbances recorded by the foot restraints and hand-hold sensor, the highest force magnitude was 137 N. For about 96% of the time, the maximum force magnitude was below 60 N, and for about 99% of the time the maximum force magnitude was below 90 N. For 95% of the astronaut motions, the rms force level was below 9.0 N. It can be concluded that expected astronaut-induced loads from usual intravehicular activity are considerably less than previously thought and will not significantly disturb the microgravity environment.