微重力环境下大叶片板式贮箱内流体行为的数值仿真与试验验证

大叶片板式贮箱是当前最为先进的一种新型贮箱,大叶片板式结构是该贮箱推进剂管理的核心部件.对微重力条件下大叶片板式贮箱内流体行为进行了数值仿真和微重力试验验证.采用液体体积分数法(VOF,volume of fluid)两相流动模型数值模拟板式贮箱内流体流动特性,得到了流体分布规律.搭建了大叶片板式贮箱缩比模型试验系统,对板式贮箱内流体行为进行微重力落塔试验,得到微重力环境下流体特性.数值仿真和试验结果表明,大叶片板式贮箱在微重力环境下管理流体性能良好,大叶片板式结构为空间流体(包括低温流体)管理提供一种良好的途径.同时本文仿真和试验为国内板式贮箱设计提供了必要的支撑数据.     

一种板式推进剂管理装置（PMD）性能的数值仿真

板式推进剂管理装置（PMD）是板式表面张力贮箱最重要的部件之一．为分析板式PMD管理推进剂能力,以某板式贮箱为研究对象,采用三维非定常流体（VOF）体积函数的两相流模型,对不同填充比时板式PMD的推进剂管理性能进行数值仿真,得到微重力下推进剂在PMD上及贮箱内部的分布情况,仿真结果与国外空间搭载试验结果比较吻合,数值仿真结果为板式贮箱的性能提供验证依据     

侧向微重力环境下板式表面张力贮箱内推进剂晃动行为分析

侧向微重力是航天器在轨飞行时在东西位置保持和南北位置保持状态时所处的加速度环境.由于航天器贮箱内推进剂在侧向加速度环境下的重定位过程易产生晃动，因此侧向加速度环境对贮箱内推进剂管理装置(PMD)的管理能力的要求更高.为确保板式贮箱对推进剂的在轨管理能力，需要开展一系列的数值仿真与试验对PMD的管理能力进行验证.本文以板式表面张力贮箱为研究对象，采用VOF两相流模型对侧向微重力环境下重定位过程中贮箱内推进剂的运动进行数值模拟，并对推进剂运动中的晃动行为进行分析.最终，通过数值模拟结果验证了板式表面贮箱的管理能力，为微重力落塔试验与空间站试验提供参考依据.     

微重力板式贮箱推进剂重定位的数值仿真

板式表面张力贮箱内推进剂重定位对确定推进剂分布情况、研究晃动影响、提高控制精度等具有重要意义．为研究板式贮箱内推进剂重定位的规律,对微重力下板式贮箱内液体重定位问题进行数值仿真．计算时使用三维非定常两相流动流体（VOF）模型,对某一板式贮箱寿命末期在不同微重力加速度情况下各种重定位过程进行数值仿真,得到各种工况下重定位的全过程,以及定位后推进剂的分布情况．数值仿真结果为板式贮箱的设计提供有利依据．     

微重力环境下蓄液器流体蓄留特性的试验研究

为验证板式贮箱蓄液器的蓄液性能,搭建了蓄液器模型试验系统,针对蓄液器模型的蓄液性能和流体传输行为进行微重力落塔试验研究,得到微重力环境下蓄液器的流体蓄留和传输规律.试验结果表明,相对于楔形蓄液器,双圆锥形蓄液器具有更好的蓄液能力,对于双圆锥形蓄液器,承受侧向加速度时仍具有良好的蓄液能力,合理设计蓄液器结构可有效地蓄留液体并控制液体传输速度.该试验成果不仅为新型板式流体管理部件设计优化提供参考,同时也为空间环境下流体控制提供了一种新方法.     

微重力环境下蓄液器流体蓄留特性的试验研究

为验证板式贮箱蓄液器的蓄液性能,搭建了蓄液器模型试验系统,针对蓄液器模型的蓄液性能和流体传输行为进行微重力落塔试验研究,得到微重力环境下蓄液器的流体蓄留和传输规律.试验结果表明,相对于楔形蓄液器,双圆锥形蓄液器具有更好的蓄液能力,对于双圆锥形蓄液器,承受侧向加速度时仍具有良好的蓄液能力,合理设计蓄液器结构可有效地蓄留液体并控制液体传输速度.该试验成果不仅为新型板式流体管理部件设计优化提供参考,同时也为空间环境下流体控制提供了一种新方法.     

加注流量对叶片式贮箱中气液分布的影响

针对推进剂在轨加注任务中,接受贮箱内气液位置不确定,排气和质心控制困难的问题,以NASA的FARE Ⅱ试验中的贮箱为参考,根据表面张力贮箱相关理论,建立计算模型.采用数值模拟的方法,对不同加注流量条件下,叶片式表面张力贮箱内气液分布进行研究.运用Fluent流体仿真软件,以肼为工质,对叶片式表面张力贮箱在轨加注过程进行数值模拟.仿真结果表明：加注流量越大,贮箱中部气液界面凸起越高;当加注流量超过临界值,流入的推进剂经过排气管排出.研究结果对于叶片式贮箱在轨加注过程中的流量控制具有参考价值.     

航天器贮箱气液自由界面追踪数值模拟

主要讨论了航天器贮箱在轨道航行时的微重力状态下其液体推进剂在贮箱内的形态分布及控制.文中采用VOF方法,加入了表面张力的效应,追踪气液两相流的自由界面,对液面在微重力条件下的位形变化进行了数值模拟.通过比较不同重力加速度及接触角下的两相流的相图,分析了影响贮箱中液体推进剂位形变化的主要因素及对其有效的控制方法.      

地面及微重力条件下低温贮箱内相变和传热的数值仿真

为了预测航天器低温推进剂在轨工作时受热后的状态变化,采用二维轴对称Volume of Fluid(VOF)气液两相流计算流体力学模型,同时选择Lee提出的气液相变模型.由于模拟试验采用低温液氮贮箱,因此本文采用低温液氮贮箱为数值仿真对象.微重力情况下,贮箱内气枕区的压力和压力上升率均低于地面状况,重力水平越低,压力和压力上升率越小,并且气体形成的气枕区位置和形状因表面张力大小随温度不同而动态变化,液体区间的温差也随重力水平的降低而增大.     

基于Surface Evolver的推进剂贮箱气液界面分析

推进剂贮箱是航天器系统的重要部件，用于实现推进剂的管理与输运.在空间微重力条件下，贮箱内部液面呈弯曲状，掌握其液面分布特性是保证贮箱正常工作的前提.针对球形推进剂贮箱，采用Surface Evolver软件对其内部气液自由界面分布特性展开研究，分析充液比、接触角、Bond数等参数对贮箱液面的影响，得到液面分布随各参数的变化规律.研究结果表明，球形贮箱液面曲率随充液比的增大而增大，随接触角或Bond数的增大而减小.研究结果有助于实现推进剂贮箱液面快速分析，为贮箱及推进剂管理装置设计提供参考.      

基于灰色模型的故障预测方法研究

随着人们对系统发生故障所带来财产损失、人员伤亡以及危害性的无法承受,故障预测与健康管理（PHM）技术应用越来越广泛。介绍了灰色模型,并利用某型号发控设备压控振荡器电路检测积分器输入信号检测的历史数据作为研究依据,验证了灰色模型在故障预测中的应用是可行的,准确度能够达到要求。     

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 在STEP应用过程中,由于现有应用协议的局限性,使得实现多个应用协议的操作变得困难,一致性得不到保证,也限制了对模型的扩展.本文结合AP214,讨论了一种基于应用协议的建模方法.通过结构化应用领域的产品信息,对产品信息进行分层,提出了产品信息的4层结构.通过建立产品在4层结构上的模型,实现产品信息逐渐细化的过程,最终得到适于计算机表达的产品信息模型.应用此建模方法,用户可以灵活方便地创建产品信息模型,实现对模型的扩展,保证语义一致性.     

星载圆柱阵电子消旋天线研究

对同步轨道自旋稳定卫星提出了一种 32列圆柱阵的电子消旋天线。该天线每列有 4个辐射单元 ,通过开关矩阵和数字可变功分器 ,对相邻五列阵顺序馈电形成覆球波束 ,在 0°～ 360°范围内周向扫描。利用星载地球敏感器输出脉冲作为角度参考 ,通过控制软件实现自主消旋 ,并获得了周向约 1 6°的波束跃度和电平起伏小于 1dB的平稳消旋结果     

全站仪船体分段测量的温度影响研究

根据在相同的环境温度下和不同环境温度下对船体轴系部位同一材料、相同结构的多个目标点进行反复测量,观察全站仪测量数据的变化,分析环境温度变化引起的误差情况,为船舶精度建造工艺研究提供可靠的数据支撑。     

基于TDLAS的气体检测技术研究

TDLAS技术由于其非接触性、高灵敏度、在线响应速度快等优点，而成为当前气体浓度在线检测技术的重要发展方向之一。确定分子吸收线型函数是应用该技术的前提条件，但是目前尚没有有效的方法在线测量分子吸收线型函数，以至严重影响了TDLAS技术的测量精度，限制了其应用范围。因此，通过吸收光谱理论和波长调制理论研究TDLAS技术中谐波特征参数与分子吸收线型函数的关系，推导出蕴含分子吸收信息的谐波通项表达式，利用谐波信号间的关系特征来消除背景信号、激光强度、调制系数等因素的影响，建立了一种基于谐波信号的绝对吸收强度测量算法。以CO₂分子和H₂O分子在6982cm^-1附近的谱线为例进行数值分析和实验研究，仿真和实验结果表明，根据算法测得的分子吸收光谐波信号谱与理论吸收光谱之间的相对误差不超过5%，进一步提高了TDLAS技术的测量精度，拓宽了其应用范围。     

基于TDLAS的气体检测技术研究

TDLAS技术由于其非接触性、高灵敏度、在线响应速度快等优点,而成为当前气体浓度在线检测技术的重要发展方向之一。确定分子吸收线型函数是应用该技术的前提条件,但是目前尚没有有效的方法在线测量分子吸收线型函数,以至严重影响了TDLAS技术的测量精度,限制了其应用范围。因此,通过吸收光谱理论和波长调制理论研究TDLAS技术中谐波特征参数与分子吸收线型函数的关系,推导出蕴含分子吸收信息的谐波通项表达式,利用谐波信号间的关系特征来消除背景信号、激光强度、调制系数等因素的影响,建立了一种基于谐波信号的绝对吸收强度测量算法。以CO2分子和H2O分子在6982cm-1附近的谱线为例进行数值分析和实验研究,仿真和实验结果表明,根据算法测得的分子吸收光谐波信号谱与理论吸收光谱之间的相对误差不超过5%,进一步提高了TDLAS技术的测量精度,拓宽了其应用范围。     

GEM-TEPC调研分析及原理研究

为对现有组织等效正比计数器进行改进，使其满足高注量率辐射场测量要求，本实验室拟研制一套基于气体电子倍增技术的宽量程TEPC。对GEM-TEPC工作原理进行研究，并对其国际发展现状进行调研，在传统的TEPC灵敏体积内引入GEM膜取代阳极丝是切实可行的，可降低微型TEPC探测器的加工难度，提高其性能。通过调研总结GEM-TEPC设计关键技术，为本实验室GEM-TEPC的研制奠定了一定基础。     

GEM-TEPC调研分析及原理研究

为对现有组织等效正比计数器进行改进,使其满足高注量率辐射场测量要求,本实验室拟研制一套基于气体电子倍增技术的宽量程TEPC。对GEM-TEPC工作原理进行研究,并对其国际发展现状进行调研,在传统的TEPC灵敏体积内引入GEM膜取代阳极丝是切实可行的,可降低微型TEPC探测器的加工难度,提高其性能。通过调研总结GEM-TEPC设计关键技术,为本实验室GEM-TEPC的研制奠定了一定基础。