机载中空纤维膜组件壳程气体流动数值模拟

机载惰化用中空纤维膜组件具有分离效率高、安全稳定、结构紧凑等优点,是目前较为经济高效的飞机燃油箱惰化设备。采用计算流体力学(CFD)方法对某中空纤维膜组件壳程气体流动进行数值模拟,通过更改膜丝束间距、膜丝束入口速度、膜丝束流量、膜丝束排布方式及飞行高度,得到了不同工况下的组件轴向各截面的气体流动分布,并提出无量纲参数截面平均速度比来描述气体流动分布规律。仿真结果表明:在保持入口气体流动速度一定时,平均速度比值随着膜丝束间距的减小先减小后增大,在膜丝束间距为1.5倍膜丝半径时达到最小值, 在保持入口流量一定时,壳程气体流动有着相同的规律;在保持膜丝束填充数量不变时,均匀排布比不均匀排布的平均速度比值更小;保持膜丝束间距不变时,入口速度对平均速度比值影响不大;飞行高度对组件壳程气体分布的影响作用主要体现在膜组件内壁处。      

富氢/富氧燃气同轴直流喷嘴燃烧过程数值模拟

为研究全流量补燃FFSC(Full Flow Staged Combustion)循环发动机气-气喷注器性能,以气氢/气氧(GH2/GO2)预燃室提供的758K富氢燃气和676K富氧燃气为推进剂对同轴直流喷嘴燃烧流场进行了数值模拟.考察了相同燃烧室结构、流量、入口燃气温度条件下,富氧燃气压降、富氢燃气和富氧燃气的速度比、氧喷嘴厚度和氧喷嘴缩进变化对燃烧性能的影响,获得了4个参数的影响规律.数值模拟结果对燃气气-气喷注器结构设计有参考价值.     

气气喷嘴推进剂入口温度对燃烧和壁温的影响

以同轴双剪切气气单喷嘴为对象,对气气燃烧流场进行了数值模拟,并进行了研究,分析了喷嘴推进剂入口温度对燃烧性能和室壁温的影响,结果表明:推进剂温度变化引起的燃氧动量比变化对燃烧和壁温起主要影响;富氢燃气状态变化对燃烧和壁温的影响大于富氧燃气状态变化.试验验证了数值模拟结果.     

不同温控模式下直升机惰化系统性能对比

以某直升机机载中空纤维膜惰化系统为研究对象,设计了电控阀控温和变频风扇控温2种系统。基于AMESim平台以分离膜数学模型计算数据为基础,搭建机载惰化系统,在飞行包线下,研究了2种温控模式的控温效果、不同飞行阶段的惰化系统性能变化及关键参数对其影响。计算结果表明:电控阀控温系统在整个飞行过程均能将引气温度维持在目标温度90℃,在起飞之后富氮气体（NEA）氮体积分数全程维持在91.5%~96.4%之间,所需引气流量为40~243 kg/h,空载燃油箱气相空间氧体积分数可在180 s内降至9%,且保持全程低于9%;变频风扇控温系统在满足爬升、加速、俯冲高温阶段控温惰化要求的选型前提下,在低速、高速巡航阶段,引气被过度冷却至0℃左右,虽然所需引气流量低至26 kg/h,但NEA氮体积分数大幅下降至81%,燃油箱气相空间氧体积分数高达18%,在巡航阶段,飞行速度越大,引气温降越大,且巡航高度越低,为满足控温效果所需的最低巡航速度越低。      

聚酰亚胺/无机氧化物复合薄膜的制备与耐原子氧性能

分别以锆酸四丁酯、钛酸四丁酯和正硅酸乙酯为氧化物前驱体,利用溶胶凝胶法制备了一系列聚酰亚胺/无机氧化物复合薄膜,在原子氧地面模拟设备中进行了原子氧暴露实验,原子氧累计通量约为3.1×10²⁰ atom/cm².分别考察了无机氧化物种类和含量对复合薄膜力学性能和耐原子氧性能的影响.结果表明,无机氧化物在聚酰亚胺基体中的分散形态对其力学性能影响很大;原子氧暴露后,聚酰亚胺薄膜表面分别形成了富锆、富钛和富硅的保护层,质量损失率减小,耐原子氧性能明显提高.     

燃油箱耗氧惰化与中空膜惰化的数值模拟及比较

针对耗氧型惰化系统燃油箱上部空间氧气体积分数随时间变化规律的问题，对耗氧型惰化系统的反应过程建立了数学模型，并通过CFD方法对机载绿色惰化气体产生系统（GOBIGGS）系统和机载惰化气体产生系统（OBIGGS）的惰化过程进行了模拟仿真，并与实验数据进行对比，验证了仿真结果的准确性。研究结果表明，当耗氧型惰化系统抽吸气的体积流量与中空膜惰化产生的富氮气体（NEA）体积流量相同时，耗氧型惰化系统不仅惰化时间短，而且能将燃油箱的O₂摩尔分数降至更低。同时耗氧型惰化系统的惰化效果与相同体积流量下NEA0（100%N₂）的中空膜惰化效果相近。另外，耗氧型惰化系统使燃油箱气相空间上部O₂摩尔分数大于下部O₂摩尔分数，中空膜惰化则相反。      

磁悬浮控制力矩陀螺热-结构耦合分析与研究

作为新型航天器姿态机动执行机构,磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)长时间工作在高真空环境下且高速转子完全悬浮,散热条件差,系统温度过高,导致陀螺组件产生较大的热应力,降低了陀螺结构部件的强度。为减小温度场对陀螺结构部件强度的影响,提高陀螺结构的可靠性,采用有限元法计算出磁悬浮控制力矩陀螺工作状态下的温度场,并基于温度场分析陀螺结构部件的应力分布情况,明确温度场对陀螺结构部件力学性能产生的影响。建立了陀螺热网络模型,根据热网络模型与热网络方程分析热量传递路径及温度影响因素,并提出相应的优化措施。经优化,定子组件最高温度从66.5℃降至49℃,转子组件最高温度从91.7℃降至76.9℃。陀螺定子组件的强度安全系数由1.52提升为1.73,提高了13.8%,陀螺转子组件的强度安全系数由1.32提升为1.56,提高了18.2%。     

月面载荷被动热控技术

由于月面温度环境变化幅度较大,月面载荷需要通过被动热控装置有效控制其与外部环境的换热量,使其本体温度维持在工作或储存温度范围内。文章分析了月面载荷与外部空间环境换热方式;论述了低当量发射率多层隔热组件设计与结构组成;讨论了月面载荷最外表面辐射屏ε和αs特殊设计及对其表面辐射平衡温度影响;指出利用月壤恒温层及其特性,展开式外多层隔热组件可以在载荷所在月面处形成一个温度相对稳定的月面小环境,其平均温度与当地月壤恒温层温度相当。     

空间Kapton材料的原子氧、温度、紫外效应试验研究

主要通过灯丝放电磁场约束型原子氧剥蚀效应地面模拟设备模拟空间环境,对空间常用材料Kapton进行了原子氧剥蚀效应、温度升高对材料原子氧效应的影响试验以及原子氧与紫外辐射复合效应试验,对试验前后试样的外观、质量及表面形貌进行了比较,得出了材料在设备中的反应特点以及温度变化、紫外辐射对材料的原子氧效应的影响规律.同时测量了原子氧暴露试验前后、原子氧与紫外辐射复合作用前后试样的反射率和透射率,并进行了比较.     

CCD器件用机械泵驱动两相流体回路仿真与试验

电荷耦合元件（CCD）作为航天光学遥感器的核心部件之一，其工作性能受温度影响很大，传统的热控产品难以满足大功率CCD的精密控温需求。通过仿真与试验系统研究了机械泵驱动两相流体回路（MPTL）用于CCD控温时的启动特性、运行状态、内部工质的流动及传热特性。结果表明:MPTL可以通过干度的调节来吸收冷凝器外热流和CCD工作模式的影响；MPTL的控温精度可以达到±1℃，蒸发器并联支路、蒸发器负载和冷凝器温度在一定范围内变化等均不会对系统运行稳定性产生影响，其仍可将CCD器件控制在所需温度；通过仿真与试验对比，发现仿真模型的误差在±1℃以内，验证了模型的有效性和准确度。MPTL可以很好地满足航天光学遥感器CCD的控温要求，能够保证CCD始终具有较好的温度稳定性和均匀性，且系统具有良好的运行特性和鲁棒性，其在CCD精密控温方面具有很好的应用前景。      

Form-finding analysis and optimization of cable membrane structure based on iterative correction of tension process

The current form-finding analysis of cable membrane structures does not consider the actual tensioning process, thus leading to a difference between the form-finding prestressed and tensioning working states. It will affect the morphology accuracy of membrane structures in use, especially in the field of space structures. This work proposes a form-finding optimization method based on the iterative correction of the tensioning process, which considers membrane stress and edge shape optimizations in order. The method focuses on two evaluation indices: the average membrane stress difference and the root mean square (RMS) of the position difference of the edge cables. This sequential optimization analysis is illustrated based on the examples of a sunshade structure for aerospace applications. The results show that these design requirements on the two evaluation indices can be satisfied after one membrane stress optimization and one edge shape optimization. Subsequently, the influence of the seams on the optimization analysis of tensile cable membranes is also investigated. Although seams increase the inhomogeneity of the membrane stress and edge shape difference, the proposed optimization framework based on the iterative correction of the tension process can still ensure that the design requirement can be satisfied. The work in this paper could form the basis for a high-precision study of tensile membrane structures in space.     

一种适合现场保障的新型雷达噪声系数测试仪

雷达接收机的噪声系数直接影响到雷达的作用距离,是衡量雷达接收机工作性能的重要指标,本文针对雷达现场保障设备的需求,采用大动态对数放大器AD8310,设计了一款专用雷达噪声系数测试仪,能够适应雷达接收机增益大动态变化的特点及外场温度大幅度变化的环境,已经试用于某对空警戒雷达保障系统,并取得了较理想的效果。     

耗氧型惰化系统反应器性能理论

为了研究耗氧型燃油惰化系统中反应器的工作特性，在Fluent 17.0软件多孔介质模型基础上以用户自定义变量（UDS）形式添加固相能量方程来建立气-固两相耦合传热的两温度反应器模型，以大庆RP-3燃油为对象并通过实验测试了其反应动力学方程，然后以用户自定义函数（UDF）源项的形式添加化学反应，对反应器进行了仿真。研究了不同工况对反应器惰化效率的影响，以及反应器在惰化过程中的内部温度及RP-3浓度变化特性。结果显示:反应物浓度对转化率的影响与氧浓度饱和值有关系，在没有额外冷却的情况下反应器会飞温，化学反应主要发生在反应器的后半段，且靠近反应器轴线处。因此在未来设计反应器时，应当考虑额外冷却措施以防止飞温，使催化床温度均匀分布来提高反应器工作效率。      

Food production and gas exchange system using blue-green alga (Spirulina) for CELSS.

In order to reduce the cultivation area required for the growth of higher plants in space adoption of algae, which have a higher photosynthetic ability, seems very suitable for obtaining oxygen and food as a useful source of high quality protein. The preliminary cultivation experiment for determining optimum cultivation conditions and for obtaining the critical design parameters of the cultivator itself has been conducted. Spirulina was cultivated in the 6-liter medium containing sodium hydrogen carbonate solution and a cultivation temperature controlled using a thermostat. Generated oxygen gas was separated using a polypropyrene porous hollow fiber membrane module. Through this experiment, oxygen gas (at a concentration of more than 46%) at a rate of 100-150 ml per minute could be obtained.     

Gravity effects on membrane processes.

Application of the Gouy-Chapman-Debye-Hückel (GCDH) theory to a model membrane in contact with electrolytes of various concentrations and composition predict density variations within an interfacial layer. Assuming that on cellular dimensions hydrodynamics can be applied (the objections are briefly discussed) two types of gravity effects can be defined, 1. convection along the surface of vertically oriented membranes and 2. surface potential variations by layer deformations at horizontally oriented membranes. Both effects should affect transport across the layer to the membrane surface and across the membrane. According to the theoretical predictions first experiments with gramicidin channels incorporated into artificial phosphatidylserine bilayer membranes show a significant difference in single channel currents in vertical and horizontal membranes. The complexity of biological membrane functions requires investigation of isolated membrane surface reactions and transport systems to study the gravisensitivity for each process separately.     

空气域与流体域耦合作用下双层电池包散热特性

多层垒叠电池包内空气域的存在使各层模组热流场耦合在一起，从而影响电池模组的散热性能。以方形双层电池包为研究对象，建立考虑电池模组与空气对流换热的液冷热模型。该模型中电池发热功率基于试验测定结果，前处理软件采用ANSA确保仿真精度，后处理软件采用CFX，对在不同放电倍率、冷却液进液方向和进液流量下双层电池结构中空气域对液冷热管理系统热行为的影响进行了研究，并与不考虑空气域同工况仿真结果对比。结果表明:空气域的存在不会对液冷双层电池包上下层模组温度分布产生影响；但可以降低上下层模组间的温差，其中上下层模组最高温升的差值最大可降低49.1%，改善了整包电池温度的一致性。      

Evolution of a phase separated gravity independent bioreactor.

The evolution of a phase-separated gravity-independent bioreactor is described. The initial prototype, a zero head-space manifold silicone membrane based reactor, maintained large diffusional resistances. Obtaining oxygen transfer rates needed to support carbon-recycling aerobic microbes is impossible if large resistances are maintained. Next generation designs (Mark I and II) mimic heat exchanger design to promote turbulence at the tubing-liquid interface, thereby reducing liquid and gas side diffusional resistances. While oxygen transfer rates increased by a factor of ten, liquid channeling prevented further increases. To overcome these problems, a Mark III reactor was developed which maintains inverted phases, i.e., media flows inside the silicone tubing, oxygen gas is applied external to the tubing. This enhances design through changes in gas side driving force concentration and liquid side turbulence levels. Combining an applied external pressure of four atmospheres with increased Reynolds numbers resulted in oxygen transfer intensities of 232 mmol O2/l/h (1000 times greater than first prototype and comparable to a conventional fermenter). A 1.0 liter Mark III reactor can potentially deliver oxygen supplies necessary to support cell cultures needed to recycle a 10 astronaut carbon load continuously.     

宽温度范围大口径高精度变温标准黑体辐射源研制

红外成像探测系统的应用环境越来越复杂，工作适应温度范围低温可达到-50 ℃以下，高温可达到70 ℃以上。为满足相应要求，研制宽温度范围大口径高精度变温标准黑体辐射源，采用细分均匀加热、模糊PID自整定控制算法、双路配气保护等技术，满足高低温需求，同时开展腔型设计、超黑高发射率涂层等相应研究，保证了黑体辐射源的整体性能，确保完成相应功能。研制完成后，在高低温环境下进行了验证试验，可达到以下指标：有效发射率≥0.999，空腔开口直径≥60 mm，温度测量不确定度10 mK（k=2）。经验证，可满足宽温度范围条件红外探测系统的计量要求。