圆柱形Hall推力器磁场的设计与数值模拟

霍尔(Hall)推力器的磁场设计是提高其性能的关键技术之一。针对传统环形Hall推力器小型化带来的缺点,提出了圆柱形的Hall推力器。简要对比了环形和圆柱形两种推力器,对圆柱形推力器的工作原理、磁场设计的要求以及利用ANSYS有限元软件进行的电磁场数值模拟的结果进行了详细分析。结果表明,圆柱形推力器磁路设计是合理的,另外也证明了用ANSYS有限元软件进行电磁场模拟的可靠性。     

Shape error study of inflatable antennas using a numerical model

We conduct an in-depth study on the shape error of initially curved antennas to investigate errors that occur in the design and manufacturing processes. First, a numerical model is developed to simulate the actual surfaces. This model features a main advantage that it can predict the effects of cutting patterns on the shape error. The model is used to evaluate and optimize the design of cutting patterns. An error sensitivity analysis is performed to quantify and distinguish between the effects of error sources in manufacturing. The following sources are analyzed: errors in the elastic modulus of the membrane, pressure variations, and boundary deviations. The boundary deviation is found to be the most significant error source, and thus, boundary perturbation is recommended as an efficient error control measure. Finally, an inflatable antenna model is used to experimentally validate the numerical model. The experimental results display acceptable agreement with the numerical results. Thus, the developed numerical model and error control measure are shown to be feasible and efficient.     

不同内边界条件下SEP事件实例的集合数值模拟及其在SEP事件预报中的应用

太阳高能粒子（SEP）事件的定量数值预报是空间态势感知的重要方面之一。SEP事件主要来自于日冕物质抛射（CME）所驱动的激波扩散加速（DSA）。文章在三个有关模型的基础上,结合1 AU处卫星的太阳风观测参数和日冕仪的CME观测参数,建立了一套可用于预报SEP事件的数值方法。利用该方法对一次SEP实例进行数值模拟,并将模拟结果与GOES卫星观测结果进行比较。结果表明：数值模拟得到的＞10 MeV的高能粒子的通量和观测较为吻合,＞100 MeV的高能粒子的通量高于观测值。针对此事件进一步开展了不同CME抛射速度和不同内边界背景太阳风温度条件下的集合模拟试验,结果表明：CME抛射速度对SEP事件中高能粒子通量和能谱影响较大,而内边界背景太阳风温度的改变对于高能粒子通量和能谱的影响几乎可以忽略不计。     

轴对称结构RBCC发动机超燃模态试验和数值模拟

为研究轴对称结构RBCC发动机超燃模态下的点火和燃烧性能,进行了地面直连试验。采用中心支板火箭与小支板组喷注相结合的方式作为点火和火焰稳定方式,并对燃料喷注方案进行了研究。试验与数值模拟结果表明,采用这种点火方式能实现轴对称结构RBCC发动机的可靠点火和稳定燃烧。二次燃料采取多级喷注的方式能充分利用流道中的氧气,实现较充分的燃烧,但应控制燃料喷注比例。双支板组的加入,能促进燃料与中心空气流的充分掺混,提升燃烧效率,获得较优的燃烧性能。     

航天器密封舱流动和传热的数值研究

在有强迫流动的航天器密封舱内，与固壁存在热交换的三维气体流动使得舱内传热相当复杂。本文用数值分析模拟航天器在轨状态下的流动和传热。结果表明，辐射和流动在密封舱热分析中都不可忽略。对多种风速的计算结果表明，平均对流换热系数与风扇布局基本无关而仅与平均风速有关，最后由计算结果得出了平均对流换热系数和平均风速的经验关系式。     

物体穿越斜激波干扰特性的数值研究

当物体以超声速穿越同向运动的斜激波时，它的飞行Mach数和攻角都会发生较大的变化。穿越过程中斜激波与物体脱体激波发生相互作用，形成复杂的激波干扰波系结构，基本的干扰形式为复合Mach反射结构。不同的穿越位置时，由于不同的来流条件，使物体上尾部凹坑内的流场和波系发生很大的变化，随着物体的穿越过程，当头部和凹坑下游壁面与翼面穿越激波时，阻力系数有两次剧烈的变化，法向力基本呈线性下降，压力中心先大幅度后移，物体逐渐穿过激波后又快速前移。因此穿越过程使物体加速，给物体的姿态带来很大的扰动。翼面穿过激波也造成阻力、法向力下降，压心后移。如果对有控制的飞行器，穿越激波时气动力特性和稳定性的急剧变化，将给控制系统带来很大的困难。     

平流层飞艇热力学模型和上升过程仿真分析

建立了平流层飞艇的热力学控制模型,并采用该模型对飞艇的上升过程进行了仿真分析。分析表明,飞艇上升过程中的热力学和动态传热过程对飞艇的浮力和飞行控制有重要影响;飞艇上升过程中,为保持艇内外压差,需维持较大的空气出流量,艇内气体随外界压力降低膨胀做功,飞艇会处于较大的超冷状态,飞艇与外界大气的对流换热和日照条件下吸收太阳热辐射能量,可减轻飞艇的超冷状态;飞艇上升速率越快,艇内外气体温差越大,飞艇超冷状态越严重,净静升力降低越大。     

螺旋离心泵的外特性试验与流场数值分析

以150×100LN-32型螺旋离心泵为研究对象,通过试验研究了此泵的外特性,并得出了一些结论。采用CFD软件Fluent,选用标准k-ε模型,计算了该泵的三维内部流场。通过对该泵内部流动速度、压力分布与捕捉到的流动冲击、二次流、回流等重要现象的分析,给该泵的性能改善与改进提供可靠的信息。通过分析,提出了在设计螺旋离心泵时的一些改进措施。     

三维侧压高超声速进气道不启动流场试验与数值模拟研究

对某构型三维侧压高超声速进气道开展了Ma4的自由射流试验和数值仿真,研究 了低马赫数下不启动流场的流动机理。观测到了具有“对涡”结构的底板油流图案,并得到 了分离区的范围和内部流动特征。分析得出,“对涡”结构油流图案和流场中部分离区的形 成是唇口激波和内收缩形成的逆压梯度作用于侧板激波形成的流场中部低能流区的结果。根 据试验和数值模拟结果给出了流场结构示意图,并为下一步进气道构形设计和性能改善工作 提出了建议。     

大型空间展开机构常压高低温环境模拟试验系统研制

为各类大型空间展开机构地面可靠性验证试验提供高低温环境,研制了一种常压高低温环境模拟试验系统。该系统的保温箱体结构采用内、外框架的结构形式,内、外框架之间的连接采用绝热玻璃纤维增强复合塑料杆,其目的是:在进行大温差高低温交变环境试验时,有助于结构的热边界条件稳定;合理的气流组织布局设计有助于内部高低温环境的快速建立,使温度分布更加均匀;冷热源供给系统可稳定地提供高低温环境建立所需冷量及热量;干燥氮气置换系统可实现高低温环境下的超低露点温度;基于PLC的测控系统对试验系统进行高精度测量及控制。试验表明,此大型空间展开机构常压高低温环境模拟试验系统能满足型号产品试验过程中对温度范围、变温速率、温度场均匀性及露点温度的要求。     

航天飞机G417载荷研制及油滴与水滴接触微重力实验

文章介绍了曾经由航天飞机STS-64飞行任务搭载的编号为G417载荷的研制经验以及利用该载荷在航天飞机上开展的油滴与水滴接触微重力实验。北京卫星环境工程研究所承担了该载荷全部研制任务,其研制经验和飞行实验可为我国将来空间站开展微重力实验提供参考。     

Severe disruption of the cytoskeleton and immunologically relevant surface molecules in a human macrophageal cell line in microgravity—Results of an in vitro experiment on board of the Shenzhou-8 space mission

During spaceflight the immune system is one of the most affected systems of the human body. During the SIMBOX (Science in Microgravity Box) mission on Shenzhou-8, we investigated microgravity-associated long-term alterations in macrophageal cells, the most important effector cells of the immune system. We analyzed the effect of long-term microgravity on the cytoskeleton and immunologically relevant surface molecules. Human U937 cells were differentiated into a macrophageal phenotype and exposed to microgravity or 1g on a reference centrifuge on-orbit for 5 days. After on-orbit fixation, the samples were analyzed with immunocytochemical staining and confocal microscopy after landing. The unmanned Shenzhou-8 spacecraft was launched on board a Long March 2F (CZ-2F) rocket from the Jiuquan Satellite Launch Center (JSLC) and landed after a 17-day-mission. We found a severely disturbed actin cytoskeleton, disorganized tubulin and distinctly reduced expression of CD18, CD36 and MHC-II after the 5 days in microgravity. The disturbed cytoskeleton, the loss of surface receptors for bacteria recognition, the activation of T lymphocytes, the loss of an important scavenger receptor and of antigen-presenting molecules could represent a dysfunctional macrophage phenotype. This phenotype in microgravity would be not capable of migrating or recognizing and attacking pathogens, and it would no longer activate the specific immune system, which could be investigated in functional assays. Obviously, the results have to be interpreted with caution as the model system has some limitations and due to numerous technical and biological restrictions (e.g. 23 °C and no CO₂ supply during in-flight incubation). All parameter were carefully pre-tested on ground. Therefore, the experiment could be adapted to the experimental conditions available on Shenzhou-8.