固定床及流化床中橡胶颗粒气固传热的研究

从分析固定床中的径向导热系数出发,对各参数对径向导热系数的影响进行了深入的分析.结果表明,为降低橡胶颗粒低导热率对气固传热性能的不利影响,必须运用固定床的后一个发展阶段即流化床来完成气固间的换热过程.对传热关系式的分析表明,振动流化床中气固传热受振动强度的影响更大.同普通流化床相比,在达到相同的传热效果的情况下,振动流化床可以较大幅度地降低气流的速度,具有节能的效果.     

金属橡胶颗粒静态特性试验

针对目前航空航天领域板壳结构较多,其模态成分密集、振动复杂等问题,提出了一种可用于各种复杂结构振动抑制的新型金属橡胶构件——金属橡胶颗粒.为了解及掌握这种新型金属橡胶构件的性能和设计规律,开展了有关金属橡胶颗粒的静态性能试验研究.通过试验测量了金属橡胶颗粒的静态迟滞回线,获得了金属橡胶颗粒的刚度和阻尼的范围.通过对比不同参数下的刚度和阻尼的试验结果,总结材料参数(丝材、螺旋卷和相对密度)和工艺参数(变形量和安装密度)等对金属橡胶颗粒的刚度特性和阻尼性能的影响规律.金属橡胶颗粒静态特性试验研究为金属橡胶颗粒的设计和工程应用奠定了基础.     

释放SF6气体扰动电离层时的人工气辉研究

在电离层高度释放SF₆气体能够显著扰动电离层.根据SF₆分子在电离层中的扩散方程,同时考虑其在电离层中主要的离子化学反应,研究了SF₆气体释放后电离层各粒子浓度的时空变化,计算了产生人工气辉的体发射系数和发射强度.结果表明,SF₆气体在电离层高度释放后,电子和O⁺的密度均有大幅度下降,主要的负离子成分由电子转变成SF₅^-;在释放过程中,主要产生777.4 nm和135.6 nm两种气辉,且前者的气辉强度远小于后者;电离层温度对气辉的强度有很大的影响.本文的数值计算与美国IMS/SF₆实验观测数据进行比较,结果近似,且通过数据比较还能准确推断出实验时当地的电离层温度.     

颗粒气体的类气液相变

颗粒体系是远离平衡态的复杂耗散体系,在外力驱动下,能表现出类似于固体、液体或气体的特性.在稀疏的颗粒气体中,由于耗散,体系中常常会形成颗粒在局部的凝聚.这种凝聚行为具有自发对称性破缺的特征,使得颗粒气体中自动形成高密度区域和低密度区域共存的非均匀状态,类似于气体中液滴的形成.本文利用零重力条件下的三维颗粒气体理论模型进行计算和分析,揭示了颗粒气体这一相变行为的不稳定性根源及类气液相变本质,给出了颗粒气体中这种相分离发生的临界条件,并通过分子动力学模拟进行检验,结果从定性上和定量上都能够很好地吻合,为进一步的空间实验提供了理论依据和相关实验参数.     

中性气体释放人工产生气辉

电离层中分子性的离子与电子的复合要比氧离子与电子的辐射性复合快得多,因此火箭发动机产生的尾气和空间等离子体主动实验中主动释放的中性气体会对电离层有很大的影响,这么大的电离层扰动现象在过去的实验中经常可以观测到.根据中性气体在热层背景中的扩散方程,考虑电离层F区主要的离子化学反应,研究了H2,H2O和CO2气体在电离层高度上的扩散过程和电离层对所释放气体的响应,计算了气辉的体发射系数和发射强度.结果表明,中性气体在电离层高度上扩散非常迅速,在F区的一些高度上,主要正离子成分由O+转变为其他分子离子,且在释放过程中伴随气辉发射,发射气辉的波长和特征与释放物质的种类有关.      

自适应挤压油膜阻尼器减振机理研究

提出了一种带有金属橡胶外环的自适应挤压油膜阻尼器ASFD/MRR(Adaptive Squeeze Film Damper with Metal Rubber outer-Ring),它利用环形金属橡胶的弹性变形来调整油膜间隙,以达到油膜阻尼器最佳的减振效果,所进行的实验研究表明:对ASFD/MRR减振机理的理论预测和实验结果具有良好的一致性,该阻尼器在优化设计下,油膜间隙可以得到良好的控制,能明显抑制非线性振动现象的发生,具有良好的减振性能.     

塞式喷管热试实验和数值模拟

以气氢／气氧为推进剂,对三单元直排塞式喷管发动机进行了热试实验和数值模拟研究.介绍了实验系统及实验发动机主要零部件的结构和设计参数,给出了实验参数测量结果、实验照片和数据分析.数值模拟研究了塞式喷管的流场特点,数值预示了实验塞式喷管发动机的高度特性曲线.无再生冷却塞式喷管发动机采用耐烧蚀材料钨渗铜加工内喷管和燃烧室内衬,碳钢材料加工塞锥.使用爆震波点火器点燃多个单元推力室,成功进行了热试实验.在2个压比下获得了塞式喷管性能数据,实验表明,塞式喷管具有良好的高度补偿能力和较高的喷管效率.在C_NPR=50附近,效率达到92％~93.5％;在C_NPR=350附近,效率达到95％~96％.预计在设计点的效率不低于98％.      

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.     

陀螺组件结构动态特性分析和减振设计

针对惯性姿态敏感器陀螺组件结构设计中出现的随机振动响应量级过大的问题进行分析研究.建立了陀螺组件结构的动力学模型,通过安装金属橡胶减振器并在结构中合理布置高阻尼比的阻尼材料综合解决陀螺头部振动响应过大的问题.对结构设计方案进行数值仿真和振动试验,结果表明,金属橡胶减振器和约束阻尼结构的应用能有效降低陀螺头部的高频响应,保证了陀螺仪在发射段环境条件下的可靠性.     

聚氨酯泡沫塑料剪切力学性能的研究

对聚氨酯泡沫塑料进行了低速扭转实验, 研究了这类材料的剪切力学行为, 确定了材料的剪切弹性模量和剪切破坏强度等力学性能参数.并且, 对扭转试件断口进行了扫描电镜分析,研究了泡沫塑料剪切破坏的机制.最后, 利用作者得到的理论公式,对聚氨酯泡沫塑料的剪切力学性能进行了理论预测.结果表明,理论预测值与实验结果相当一致.      

光纤读出的微光机电振动传感器

针对采用半导体工艺加工的微机械结构对振动进行测量的问题,提出了基微光机电系统(MOEMS)结构并采用光纤读出的振动传感器的设计方案,分析了该传感器的基本测量原理并推导了数学模型.该传感器采用单光纤的读出方式,利用固定于探测器敏感头前端的微结构感受待测物体的振动,通过测量由微结构振动引起的反射光强度的变化,实现对振动的测量.单光纤结构的使用和微结构参数的合理设计,使得该系统与传统的光纤读出系统相比,具有灵敏度高、尺寸小、易于同光纤匹配的特点.应用该系统对压电陶瓷的振动情况进行测量,可探测到0.18nm的位移.      

Operation of magnetically assisted fluidized beds in microgravity and variable gravity: experiment and theory.

The conversion of solid waste into useful resources in support of long duration manned missions in space presents serious technological challenges. Several technologies, including supercritical water oxidation, microwave powered combustion and fluidized bed incineration, have been tested for the conversion of solid waste. However, none of these technologies are compatible with microgravity or hypogravity operating conditions. In this paper, we present the gradient magnetically assisted fluidized bed (G-MAFB) as a promising operating platform for fluidized bed operations in the space environment. Our experimental and theoretical work has resulted in both the development of a theoretical model based on fundamental principles for the design of the G-MAFB, and also the practical implementation of the G-MAFB in the filtration and destruction of solid biomass waste particles from liquid streams.     

气膜密封阻尼结构的气膜稳态特性分析

针对航空发动机等高速旋转机械的气体动密封和转子系统的振动问题,提出一种新型的带金属橡胶弹性外环的气膜密封阻尼结构,其作用是在转静子之间建立气膜用于阻尼和封严,高弹性阻尼材料的外环用于控制气膜的动力特征.基于准静态法建立转子-气膜-金属橡胶外环三者之间的流固耦合关系,采用有限差分法求解气膜压力场,得到表征气膜密封阻尼结构稳态特性的气膜力、泄漏量和摩擦转矩随参数变化的规律.计算结果表明:弹性外环能有效地改善气膜压力场的分布.具有良好稳态性能的结构参数选取范围应结合实际工况确定.在给定的工况条件下,长径比取1.5,密封间隙取0.05mm,柔性系数在2左右为佳.      

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。      

Solar wind governing the response of Venusian atmosphere and ionosphere

The ionosphere of Venus is primarily formed by photoionization of a gaseous blanket around Venus. The impact ionization by energetic solar charged particles also plays an important role in the variability of Venusian ionospheric ion, electron density and their temperature profiles. The microscopic variations in the solar wind velocity, particle flux and orientations of frozen-in interplanetary magnetic field determine the solar wind interaction with the Venusian ionosphere. The ion and electron density profiles obtained by Pioneer Venus Orbiter and Pioneer Venus Entry Probes have been analysed in the light of simultaneous solar wind velocity and particle flux. Marked changes in height profiles of ion, electron densities and their temperatures have been found to correlate with the simultaneous changes in the solar wind velocity and particle flux. It is shown that the solar wind plays a more important role in controlling the physical properties and behavior of daytime as well as nighttime ionosphere of Venus, whereas the solar xuv sustains the primary ionization process.     

某火箭三子级剩余推进剂汽化研究

针对某火箭三子级剩余推进剂的汽化过程,建立了一个零维的数学物理模型.在给定太阳辐 射角的工况下,对贮箱中低温液体推进剂汽化时,贮箱内气体温度和压力变化、贮箱内质量 变化、进入贮箱的外界热流的变化及贮箱排放推力的变化等进行了数值计算,并对贮箱保险 活门排放推力对火箭在轨速度的极限影响作了简单分析.计算结果可进一步用于该火箭三子 级钝化技术的研究.     

Validation of a Compression Mass Gauge using ground tests for liquid propellant mass measurements

To properly estimate orbital lifetimes and predict the maneuverability of spacecraft, the remaining liquid propellant mass must be accurately known at every moment of a space mission. This paper studies the Compression Mass Gauge (CMG) method to determine the mass of liquid contained in a tank in a low-gravity environment with high accuracy. CMG is a thermodynamic method used to determine the quantity of liquid by measuring the gas pressure change when the tank volume changes, and has been previously theoretically and experimentally studied by researchers. The primary objective of this investigation is to explore the effects of attitude disturbance and the spacecraft thermal environment on the accuracy of the method. A ground test system, consisting of several test apparatuses, was fabricated and described as part of this study. The test results and analyses indicate that the CMG performs well and has an accuracy of ±1%. Additionally, demonstrations were performed to show that measurement errors do not increase drastically or exceed ±1% when the test system is vibrated to simulate the tank being perturbed as a result of an attitude disturbance. Liquid sloshing resonance was found to have a significant effect on the gauging accuracy. Measurements in a real thermal environment in which heat transfers into and out of the propellant tank were also conducted. The results show that the gauging accuracy is acceptable for normal liquid propellant. Furthermore, theoretical research shows that heat leakage has a significant influence on cryogenic propellant mass gauging.     

Atmospheric sampling

Four important sampling techniques are briefly reviewed: Selective sampling on impregnated filters for measuring acidic gases, the matrix isolation technique for measuring radicals, whole air grabsampling and whole air cryogenic sampling for measuring stable source gases.Vertical profiles of H₂, CH₄, CO, N₂O, CFCl₃ and CF₂Cl₂ resulting from gas chromatographic analysis of whole air samples collected with a cryogenic sampler are presented. Year-to-year variations are observed for H₂, CH₄ and N₂O above 25 km, while CFCl₃ and CF₂Cl₂ mixing ratios show a noticeable increase between 1977 and 1979 at almost every height level.The CO₂ mixing ratio is not constant with height but rather decreases from 332 ppmV at 10 km to 325 ppmV at 30 km.The vertical distribution of methyl chloride is characterized by a rapid decrease from 600 pptV in the troposphere to less than 10 pptV at 32 km in agreement with model results.