新型针式高压隔离阀的设计和试验

空间推进任务有时需要气体推进剂在高压贮箱内密闭长达数年,隔离阀作为隔离贮箱内高压气体推进剂的装置,不仅要求在数年后可正常启动,而且在高压条件下必须严格控制推进剂的泄漏量.因此,提出了一种新型高压气体隔离阀,其采用中空启动针穿破隔离装置的启动方式以减小金属碎屑对气体微通道的影响.对该隔离阀进行了开启验证试验,并以开启隔离...     

浮动提升式燃气阀启闭动态特性研究

高温燃气阀是固体飞行器姿轨控动力系统的重要控制装置。基于国内外燃气阀的研究,引入了静摩擦力和库伦摩擦力模型,设计一种浮动提升式燃气阀,采用动网格和UDF技术建立了燃气阀启闭过程中二维瞬态数值模型。计算结果表明,与普通喷管相比,该燃气阀内的流场不均匀性增加,阀门启闭过程中燃气阀及喷管内的流场变化是相近的,分析了在阀门启闭过程中不同开度下阀门流场内的亚音速回流区、流动分离以及激波分布情况,真实有效地模拟了燃气阀的启闭动态特性。仿真结果表明,该燃气阀结构合理,且可行性高。     

基于双四杆机构的可重复自动锁紧解锁装置

针对梦天实验舱对接、转位等工况，对日定向转动关节在轨多次锁紧解锁的需求，采用双四杆机构、自适应末端效应器等，设计一款可重复自动锁紧解锁装置。为了验证该锁紧解锁装置，利用研制产品，展开真空高温、真空低温、大气环境等多种状态下的锁紧解锁试验。结果表明:该机构可实现多种状态下的可重复自动锁紧解锁功能;在28 V直流工作电压下，锁紧动作执行时间为17.09~17.15 s，解锁动作执行时间为16.51~16.89 s。该机构具有高可靠、全角度、在轨可重复锁紧解锁等优点，在航天器锁紧解锁方面具有较大的工程应用潜力。     

一种用于航天飞机轨道飞行主推进器耐硝酸铁喷注器阀的研制

Kaiser Marquardt 公司已经研制了一种直接作动式推进剂喷注器阀门来替代目前航天飞机轨道复位控制子系统主推进器使用的先导式阀门。设计的新阀门是对目前使用阀门缺点的改进,包括:对氧化剂系统内硝酸铁污染的敏感度,低温和干密封泄漏,及由于压力冲击导致的误动作。作为未来的替代阀门,设计的直接作动式阀门(DAV)使装有直接作动武阀门的主推进器完全可以替代装有先导武阀门的推进器,正因为采用相同的结构和电气接口,所以不需改变子系统的设计就可实现替代。直接作动式阀门包括一个波纹管使推进剂与作动器隔离以达到最耐硝酸铁和其它污染的目的,并且允许作动器选用最佳材料。波纹管同时可提供部分压力平衡以减少对电磁力的需求。由于直接作动式阀被迫受到原先的先导式设计的同样严格的外廓尺寸和功率的限制,所以直接作动式阀门电磁作动器的设计用 Kaiser Marquardt 公司的计算机程序高度优化.直接作动式阀门用锥面密封代替先导武阀门平面密封设计,这已经在其它阀门方案中被证明更为有效。直接作动式阀门内部的流场分布比靠液压作动主级的先导式阀门简单得多.设计的直接作动式阀门使推进剂陷坑最少,因而没有流道节流产生的在压力冲击时使阀门微微开启的压力不平衡。本文包括阀门设计说明书和阀门研制试验结果摘要。在研制方案阶段制造的阀门正用于 NASA 的白沙试验室的一种推进器海平面试验方案,接着将是子系统海平面试验。     

自锁阀激光焊接工艺研究

研究了自锁阀激光焊接焦点位置与焊缝熔深之间的关系、焊接速度和激光功率与焊缝熔深之间的关系,分析了随着激光功率增加,不同焦点位置的焊接过程依次经历稳定热导焊,热导焊、深熔焊交替进行的不稳定焊接和稳定深熔焊接三种模式,进而研究了稳定焊接模式下工艺参数与焊缝熔深之间的关系,得出了自锁阀在稳定焊接模式下的最佳焊接工艺规范参数.采用该激光焊接工艺规范焊接的常压和高压自锁阀焊缝外观质量、气密、液压以及焊缝氦质谱检漏试验结果全部满足设计要求.常压和高压自锁阀已经应用于嫦娥五号、探月工程、东风导弹武器系统、货运飞船、921-3推进分系统、东方红三号等推进系统的液体火箭发动机之中.     

空间机械臂关节快换接口结构设计与分析

针对宇航员在轨出舱维护需求,提出一种机械锁紧与电气连接独立操作的快换接口,该快换接口具有在空间环境下拆装快速、拆装操作力小的特点,同时满足机械臂的刚度与承载能力。该接口由容差对接接口本体、机械连接锁紧装置、电连接器组件、电连接器插拔装置四个功能模块组成。采用双圆锥面配合设计容差对接凸凹本体结构。根据宇航员舱外操作的需求选择了具有平面浮动能力的快换接口电连接器,设计浮动装置使得该电连接器具有超行程量。采用曲柄滑块结构将操作工具的旋转运动转化为电连接器的直线运动,并基于驱动力矩最小确定曲柄滑块的参数。采用膨胀锁紧原理设计快换接口结构连接锁定装置,分析预紧力衰减对连接刚度的影响。     

尺寸参数对气动液阀启动特性的影响

为气动液阀的启动过程建立了数学模型，分析了尺寸参数对该阀启动特性的影响。计算结果表明：在保证必要的工作寿命的前提下，适当地增大控制腔气孔的直径或增大靠近控制腔的活塞端面直径有利于提高该阀的响应能力。本文所得的结论有利于此类阀门的设计。     

膜片隔离阀脉冲激光焊接工艺分析

膜片隔离阀广泛应用于单组元液体火箭发动机,金属膜片和壳体的激光焊接是该产品需重点关注的工艺过程。通过分析产品焊接结构,得出宜采用热导焊、短焦镜头和低峰值功率进行膜片隔离阀脉冲激光焊接的结论。设计脉冲宽度、脉冲频率、重叠系数和离焦量的4因素正交试验,通过分析焊缝外观质量和接头熔深,获得各因素影响焊缝熔深的主次顺序及适用于膜片隔离阀的激光焊接参数。提出采用修正功率密度综合表征脉冲能量和离焦量对熔深的影响,分析结果表明,焊缝熔深随着修正功率密度的增加而增大,膜片隔离阀需选取较小修正功率密度和较低焊接速率或者较大修正功率密度和较高焊接速率来满足其性能要求。采用正交试验获得的激光焊接工艺规范所生产的膜片隔离阀,焊缝质量、密封质量和破裂压力稳定性均能满足设计要求。目前,膜片隔离阀已配套至多种型号飞行产品,并通过了飞行及试车考核。     

航天飞机动力装置中气体发生器的新型组合阀门

Moog 公司空间产品部研制出一种新型的用于航天飞机轨道飞行器辅助动力装置(APU)中的推进剂组合控制阀门,该系统需要一个工作介质为肼的组合阀门,这种组合阀门要求能够承受11MPa 的工作压力且不受压力波动的影响,工作寿命高达450000次以及要求阀门出口能够抵抗恶劣的化学环境的影响。组合阀门的设计难点在于:非焊接零件要求是可以拆御的并且允许返修后重新使用;薄壁零件因受到承压的限制而无法使用;承压焊接零件(线圈壳体)必须能够进行检查。更为团难的是阀门内部螺纹连接件的可靠锁紧问题,因为在组合阀门内部采用通常的打保险或开口销这样的锁紧技术是不合适的。阀座设计采用弹性支承结构,以减小阀门工作时作用在密封面上的冲击力,从而提高阀门在允许泄漏率下的工作寿命,此外,弹性支承阀座还可以产生约1°的补偿角度,使阀芯和阀座之间的密封面紧密贴合。组合阀门有三个阀座密封面采用“金属—金属”密封结构,这种密封结构允许存在一定的泄漏率,还有一个阀座密封面采用“金属—聚四氟乙烯”密封结构,它的液体泄漏率可以做到为零,但其工作寿命降到60000次。四个阀座密封面均有沿介质流动方向的密封泄漏率要求,其中三个阀座密封面还有沿介质流动反方向的密封泄漏率要求。试验结果表明:这种组合阀门的设计是成功的,获得了令人满意的动态特性(阀门的响应时间小于40ms),其中三个阀座的液体泄漏率不到其正常流量的0.04%,而另一个阀座的液体泄漏率为零。此外,组合阀门的工作寿命超出设计寿命的4倍(180万次)。     

阿里安5单组元姿控发动机系统

阿里安5的姿控发动机采用单组元无水肼落压式推进系统,其结构简单,设计可靠性高。该系统的所有组件几乎都是重新研制的。这些组件包括囊式钛合金贮箱、两个400N 推力室模块、隔离阀、流量控制阀、歧管集合器、导管和隔热罩等。本文比较详细地介绍了阿里安5单组元姿控发动机系统、各组合件的结构、和发动机研制过程中所进行的大量试验。     

深空探测WIFI分离监视相机锁紧释放机构研制

文章提出了一种基于热刀切割UHMWPE绳的轻小型锁紧释放机构,质量仅为150g,高度只有27mm,用于拍摄“天问一号”着陆器与巡视器合影。设计卡爪装置对WIFI相机进行卡紧固定,采用UHMWPE绳对卡爪装置进行捆绑紧固,设计绳索预紧和收紧装置实现绳索拉紧,通过热刀组件熔断UHMWPE绳实现WIFI相机释放。为验证机构可靠性和对复杂空间环境适应性,开展了UHMWPE绳蠕变测试、抗辐照试验、机构解锁测试、力学试验等专项测试,结果表明该锁紧释放机构能够稳定锁紧和释放分离相机,具有体积小、质量轻、耐辐照、高可靠等特点。     

多次起动阀设计

介绍了一种多次起动阀的设计，这种多次起动阀功用主要起隔离的作用，当发动机工作时能多次为发动机提供推进剂，而发动机停止工作时则断流。提出了设计方案，并对方案中的关键技术作了分析研究。     

概率风险评价技术及应用（续）

3 PRA应用示例分析 3.1定义目标与系统分析 以航天器的推进系统为例。在航天器内有两个独立的冗余推进器系统。图3是其中一套推进器系统的推进剂输送模块,包括：肼储箱、引向推进器的两条推进管线、每条管线上设有的常开隔离阀和压力传感器,以及基于压力传感器所测压力来控制隔离阀的控制器。     

太阳翼铰链锁紧槽的设计研究

针对国内航天器太阳翼所使用的铰链形式,根据产品使用需求,提炼出了铰链锁定装置的功能要求,在此基础上导出了锁紧槽的设计要求、设计流程,提出了一种锁紧槽曲线的设计方法,并通过实例仿真验证了其正确性。     

磁锁式双稳态自锁阀响应特性理论研究

空间飞行器推进系统中大量使用磁锁式双稳态自锁阀,其响应特性是设计中的重要环节,直接影响推进系统的精确控制。由于自锁阀一般采用双线圈控制,两驱动线圈间存在互感现象,响应特性的设计计算与电磁阀有明显区别,有必要对自锁阀的响应特性进行理论分析研究。根据磁锁式双稳态自锁阀工作原理及特点,建立控制电路和磁路等效模型,基于电磁感应定律推导出模型对应的电压平衡方程和力平衡方程,求解得出了自锁阀响应特性简化理论计算公式。公式解释了自锁阀在控制释放回路中感应电流会延长响应时间、增加电流比的原理,明确了自锁阀的动作裕度不会因电流比变化而受到影响的特点。根据推导出的简化理论公式对阀门产品响应特性进行仿真计算,计算结果和产品实际测试数据基本吻合。由简化理论公式研究表明:如自锁阀控制线圈回路中有感应电流,感应电流越大则自锁阀响应时间越长、自锁阀开启或关闭电流比越大,但自锁阀克服外力动作的能力不会因为感应电流存在而受到影响。     

低温推进剂交叉输送管路关键技术研究进展

低温推进剂交叉输送(CPCF)技术是实现低温火箭动力冗余能力的关键技术之一,能够实现芯级和助推级推进剂的合理利用.该技术的核心部件是芯级和助推级之间的交叉输送管路,主要包括用于切断推进剂流动的隔离阀和管路连接分离装置.为了梳理CPCF核心部件的关键技术,首先对CPCF技术的基本运行原理和发展现状进行了简要阐述;其次对交...     

一种空间用大口径扫描装置锁紧机构设计

由于红外探测器尺寸限制，大多数光学遥感器仍采用扫描装置来扩大探测视场，随着相机口径及探测视场的增大，扫描装置中扫描镜口径越来越大，对扫描镜支撑元件的承载能力要求也随之提高。文章为了确保某项目扫描装置中的扫描镜支撑元件不被过载破坏，根据扫描镜口径及过载条件，提出一种高承载能力、高刚度、可重复使用，且能够满足支撑元件过载受力要求的锁紧机构；阐述了锁紧机构的组成和工作原理，针对过载要求分析了锁紧机构核心部组件的承载能力及锁紧力，并根据过载条件进行了力学仿真分析；最后开展了振动试验，结果表明该锁紧机构可对扫描装置中扫描镜支撑元件安全锁紧。     

水击波压力尖峰产生的原因及其影响因素分析

液体火箭发动机及其试验台关机过程中水击波上叠加的压力尖峰是造成产品破坏的常见故障之一.为分析该压力尖峰产生的原因,采用一维有限元法建立了发动机仿真模型,考虑阀门前后流道、容腔的影响,建立了主阀精细化仿真模型,利用试验数据验证了模型的正确性.在此基础上开展压力尖峰仿真研究,结果表明:该压力尖峰是由于阀门固有结构使得阀芯前...     

液氧主阀的方案及设计

简要叙述了液氧/煤油游动发动机发生器地面热试验系统与发动机试验系统的不同特点。根据发生器热试系统的要求,设计的液氧主阀采用菌阀结构,通过结构设计使阀门具备主动关闭功能,产品经过常温和低温的验收试验检查,满足发生器热试要求。设计的液氧主阀在发生器热试中,按照指令动作准确,工作正常,圆满完成热试任务。     

航天飞机精密指向平台系统

航天飞机精密指向平台,是磁悬浮角动量轮和稳定平台控制技术相结合的新型部件,亦称环状悬浮和指向系统(ASPS).该系统由两部分组成,一部分是安装在航天飞机上的双框架机构,提供粗级指向控制;另一部分是磁悬浮微动指向和隔离装置,该组合件安装在双框架机构的内框上,提供精密指向控制.磁悬浮组合件中,利用角动量环控制装置(AMCD)作为三轴控制部件,试验负载安装平台与环固连,以实现精密指向控制和隔离载体扰动.根据地面仿真试验结果,该装置的指向误差不超过0.1角秒. 本文综述了国外有关文献内容,简略介绍该装置的工作原理、结构配置、控制技术以及磁执行机构的设计方法,并简要阐述了该多体控制系统的动态模型建立方法.