均匀金属微滴打印大高径比金属针肋及其形貌预测

散热器是航天器热控系统的核心部件,采用金属微针肋阵列结构的散热器具有优良性能,能够极大提升散热效率。但微小金属针肋结构有大长径比、弱刚度的特点,切削或铸造等传统成形方法存在切削受力变形、难以填充型腔或脱模等不利因素,使得微针肋阵列高径比受到制约。本文提出均匀金属微滴3D打印直接成形大高径比金属微针肋方法,研究了基板温度、液滴沉积温度与液滴最终形貌的关系,建立了沉积液滴形貌以及微针肋轮廓预测模型,实现了针肋形貌的预测。在相应参数下以锡铅合金为材料进行了微滴打印试验,打印出直径为394μm、高径比超过100的金属微针肋,为将来航天器用高效微针肋散热器的3D打印新途径奠定了基础。     

航天器高热流射流冷却技术研究综述

基于航天器高热流密度散热的需求,综述了国内外近年单孔和阵列受限式浸没射流技术的研究进展。阐明了射流结构和试验工况等因素对单相/两相换热及流动性能的影响,列出了射流冷却实验研究的条件和结果,分析了换热机理和影响规律。给出了单/多微小通道、冲击表面处理等射流冷却强化结构的研究结果,概括了微通道、肋片和微纳涂层等表面结构对射流冲击换热的原理和强化效果。     

平行微细通道内流动沸腾换热的重力无关性研究

为验证微细通道内流动沸腾散热技术在空间的适用性,用实验方法研究了平行微细通道内流动沸腾换热的重力无关性。搭建了两相流体回路系统,设计了水力直径0.91mm、倒梯形截面的平行微细通道铜基热沉,通过电火花腐蚀技术在铜基加热器表面刻蚀制作微细通道,两者集成一体。由实验分析了-90°~90°不同重力倾角下微通道内的流动沸腾特性。结果发现:不同流量下不同重力倾角的微细通道的沸腾曲线基本吻合,临界热流值基本一致,表明微通道不仅强化换热能力,而且削弱了重力对沸腾换热的影响。实验结果处于文献中Bo准则和Fr准则的重力无关性区域内,验证了微细通道内流动沸腾换热具一定程度的重力无关特性,地面上测得的微通道内流动沸腾换热系数和临界热流等实验数据能安全有效用于空间环境的热控设计。     

航天器在轨微振动测量单元设计及地面标定技术

针对航天器在轨微振动环境测量,文章分析了微振动的来源及其对空间科学实验和对地成像载荷的影响,设计了典型微振动测量单元,提出了微振动测量单元标度因数和偏值的地面标定方法,利用精测设备进行了地面测试验证,结果表明微振动测量单元各轴测量误差小于5×10~(-3)g0,验证了微振动测量单元的设计和地面标定方法的正确性。     

基于环路热管的航天器可折叠辐射散热器设计

航天器废热排放问题是制约其有效载荷容纳量增长的主要因素。文章针对目前可折叠辐射散热器折展比低的问题,设计基于环路热管的航天器可折叠辐射散热器,提出了一种基于对称六连杆Waldron机构设计的高折展比折叠方案,采用柔性环路热管作为热量收集和传递单元,实现辐射可动板间的柔性连接。通过对1/8等比样机的仿真数值模拟和试验研究,分析了基于环路热管的可折叠辐射散热器的传热特性。研究结果显示：该样机最大可传输200 W热量,展开后可获得更大的散热面积。     

面向宇航应用光传输微系统集成技术

为了满足宇航系统对高速、宽带数据和图像传输产品小体积、轻质化的需求，研究光传输高速高密度集成技术。基板采用带状差分线设计和叠层组装工艺，提高集成密度、缩小体积提升了系统组装的空间，并通过建模仿真设计分析高速信号完整性；将光器件设计在外壳底板上，实现高效散热结构设计，同时提高了光器件使用可靠性；采用混合集成微组装工艺，硅转接基板实现芯片级三维立体集成，采用二次封装技术解决了光纤高效耦合与气密共实现的难题。微系统模块体积≤27 mm×24 mm×5 mm，气密封装漏率≤5×10–9Pa·m3/s(He)。     

航天器电子设备焊点质量检测技术研究

航天器电子设备焊点质量靠人工目测和民用全自动光学检测（AOI）系统很难满足未来航天电子产品焊点质量检测的需求。为此,文章提出了航天器电子设备焊点质量检测的新方法,通过三维显微镜与CCD相机提取焊点的图像特征,并与焊点质量评价准则相对应,用计算机自动识别技术进行焊点质量的判别。在此基础上,对焊点质量检测平台的总体方案进行了设计。通过焊点检测技术的研究,采用三维显微镜及CCD成像技术,可以获得焊点多角度、高清晰的图像,在提取焊点特征信息的同时,还可获取印制板信息,可以确保全焊点检测,能够满足航天电子产品的焊点质量判别标准,有效提高航天电子产品的质量控制水平。设计的焊点质量检测平台定位精度小于10μm,可以检测的最大印制板尺寸为450mm×450mm。     

空气预冷发动机及微小通道流动传热研究综述

首先针对发动机空气预冷系统的特点,将现有的预冷机制分为四种类型,包括燃料预冷、质量喷注预压缩冷却、燃料预冷和质量喷注预压缩冷却组合预冷以及其他流体预冷,并分别介绍了每种预冷机制的代表性发动机循环以及技术特点。调研发现,微小通道结构的预冷器具有很高的散热能力和紧凑度,优势显著。英国Skylon空天飞机的预冷却组合循环发动机（SABRE）其微通道结构预冷器具有极高换热能力。对SABRE的预冷器及相关研究进行详细分析,强调微小通道强化换热对提高发动机性能的重要作用。通过对微小通道中单相气态流动换热研究的调研发现,微尺度流动传热机理仍存在诸多分歧,理论发展不完善,需要深入开展微小通道强化传热研究,尤其对于高速高内外温差条件下微小尺度复杂结构空间内流动传热机理需要深入探索。     

卫星跟踪卫星测量模式中关键载荷精度指标不同匹配关系论证

本文基于改进的能量守恒法,对GRACE星载K波段星间测量系统、GPS接收机和SuperSTAR加速度计精度指标的不同匹配关系进行了系统论证。模拟结果表明：第一,各关键载荷精度指标呈线性匹配关系;第二,由于耗散能表现为累积变化特性,加速度计误差对恢复重力场的贡献不同于其它载荷;第三,以K波段星间测速精度指标1～10μm/s为标准并结合其它载荷匹配指标,在120阶处大地水准面累积误差为17.6～174.8cm,1.5°×1.5°重力异常累积误差为0.3～2.8mGal,其中K波段星间测速精度指标取1μm/s时,结果与德国地学研究中心（GFZ）公布的EIGEN-GRACE02S地球重力场模型符合较好;第四,建议我国将来采用的卫星跟踪卫星测量模式中关键载荷精度指标设计为星间测速1～3μm/s、轨道位置3～10cm、轨道速度0.03～0.10mm/s和非保守力 0.3～1.0 nm/s 2较优。本文的研究为将来GRAIL月球重力探测计划和太阳系其它行星探测计划（如火星）中全球重力场的精确和快速测量提供了理论基础和计算保证。
     

基于气相色谱法的电推进航天器氙气泄漏检测系统

为了能够对电推进航天器加注后的泄漏进行检测,对氙气泄漏检测方法和关键技术进行研究,研制了一套基于气相色谱法的氙气泄漏检测系统。试验结果表明,氙气体积分数在1×10-7~5×10-4之间时,系统可以定性定量判断氙气的真实泄漏量(1.0×10-5~5.0×10-2 Pa·m3·s-1);而当氙气体积分数超过5×10-4时,则应定性判断电推进系统有大泄漏(泄漏量10-2 Pa·m3·s-1)。检测系统能够满足电推进航天器加注后泄漏检测任务的要求。     

航天器高稳定结构热变形分析与试验验证方法研究

航天器高稳定结构研制须探讨微米级结构热变形仿真分析与试验验证工作,以满足空间环境交变温度载荷下结构微变形要求。根据机热一体化设计的特点,提出机热一体化分析方法进行机、热载荷交互,机、热温度场交互过程由手动赋值的几天时间缩短至几分钟,且映射误差小于1℃。基于数字图像相关测量技术,采用高稳定结构微米级变形的非接触式测试方法进行试验验证。结果显示,文章中的高稳定结构在轨热变形为2~30μm。文章提出的分析与试验验证方法,可为航天器高稳定结构设计及验证提供参考。     

石英挠性加速度计测量航天器微振动的方法

利用高精度石英挠性加速度计可以测量航天器低频微振动,同时也可实现航天器在轨微角振动的间接测量。针对航天器特点,结合石英挠性加速度计工作特性,提出用高精度石英挠性加速度计测量航天器微振动的方法,给出微振动加速度、角加速度、角速度和角位移的不确定度分析,根据测量原理给出了各影响因素对测量合成不确定度的计算方法和分析结果。针对卫星敏感载荷的刚体平面测试环境,设计8个加速度计测点布局,开展了整星试验。试验数据分析表明:石英挠性加速度计可准确测量航天器的低频微振动(200 Hz以内),其直接测量和间接测量结果满足测量应用需求,线加速度测量分辨率为5μg,角位移测量分辨率为0.015″。     

一种微型槽道热管的性能分析与试验研究

槽道热管是航天器较为常用的一种热控产品,其中截面特征尺寸小于5mm的微型槽道热管主要用于空间光学遥感器CCD器件的散热,在设计、加工等环节均具有较高的技术难度。文章设计了一种5mm×4mm矩形截面、内部槽道为梯形的微型热管,对热管传热性能进行了理论计算和试验验证,最终确定了较为理想的槽道几何参数。研究结果表明：该种微型热管的极限传热能力为4．77W·m,极限负载下的轴向温度均匀性优于±0．5℃。     

基于相变传热技术的空间瞬时大热耗载荷级联散热设计

针对空间千瓦级瞬时大热耗载荷的散热问题,提出了一种"平板蒸汽腔(Vapor Chamber,VC)+相变装置(Phase Changed Material,PCM)+环路热管(Loop Heat Pipe,LHP)"的一体化通用级联散热设计方法。以被动控温为主,采用当量导热系数大于2000W/(m·K)的VC强化传热,进而通过3D打印的导热蜂窝结构PCM强化热量的储存和释放。以某瞬时热耗达3000W的空间载荷为例进行散热设计,通过热分析和热试验验证,结果表明:热源45s和60s工作时间内最大温升分别为12.5℃和19.6℃,温度控制在10～40℃的范围内;修正后的热分析模型与热试验结果对比,绝对误差为1℃左右,相对误差为4.85%。验证了设计方法的正确性,可为同类空间千瓦级瞬时大热耗载荷的热设计提供参考。     

多通道分布式航天器舱体健康数据采集方案设计

针对航天器长期处于辐照、冷热交变等恶劣环境下,内部、外部结构产生疲劳、屈曲等威胁航天器安全等因素,提出多通道分布式航天器舱体健康数据采集方案。该方案能够实时将舱体强度、力、热等飞行参数采集、存储及分时下传。采用FPGA+数字信号处理器(DSP)架构设计多通道、高精度数据采集系统,通过"调零"及"差分电桥"技术消除远距离线损阻抗及压降,并通过多级选通开关高速轮询采集变化的模拟信号。测试结果表明:电阻信号采集精度高于5‰,微弱电压信号采集精度高于2‰,可应用于航天器的实时健康监测与状态评估。     

用于航天器微振动分析的扰源解耦加载方法

微振动源与航天器主结构之间存在耦合作用,其建模与加载方法直接影响系统级微振动分析结果。文章通过理论推导和证明,提出了一种新的微振动源精确解耦加载方法,使扰源的加载处理不受微振动源与航天器主结构耦合作用的影响,实现了扰动外载荷与航天器结构的解耦,所获取的微振动响应与系统级耦合分析结果完全相同。理论研究和数值算例表明:此方法避免了微振动源与航天器主结构的耦合分析,结果准确可靠,适用于动量轮、控制力矩陀螺等常见的扰源加载,且易于工程实施。     

模块化核动力航天器设计及其关键技术

为提高核动力航天器关键技术的可继承性与可扩展性,缩短核动力航天器研发周期,降低研发成本,本文通过总结国外核动力航天器发展现状,梳理核动力航天器研制特点,结合模块化航天器概念及设计原则,首次提出模块化核动力航天器概念。将核动力航天器分为核电源模块、平台中心模块、载荷模块3大独立模块,并针对体系架构设计提出3层建设方案,针对模块化核动力航天器梳理关键技术难点,为后续项目研究提供应用参考。     

聚合物基热界面材料研究进展及空间应用探讨

聚合物基热界面材料的导热性能优化是解决航天器高热流密度载荷/器件散热问题的关键技术.文章梳理了聚合物基体调控、导热增强相调控以及基体/增强相界面调控等现有的聚合物基热界面材料导热性能优化技术,并结合真空、辐照和热循环等空间环境约束,分析了以上调控技术的空间应用可行性及注意事项,并针对航天器热控系统设计提出了聚合物基热界面材料的应用建议,以期为航天器用聚合物基热界面材料的设计和应用提供参考.     

载人航天器空间环境试验设备的研制

我国的载人航天器空间环境试验设备,是国际上五大典型空间环境试验设备之一.模拟室由3舱组合,主模拟室直径12m、高22.4m,极限真空度4.5×10-6Pa,热沉温度100K.文章对其技术指标、系统组成、功能、特点进行了介绍.     

N2O/C3H8发动机气液同轴离心式喷嘴喷雾性能数值模拟研究

采用数值计算方法对氧化亚氮/丙烷（N2O/C3H8）发动机样机气液同轴离心式喷嘴的喷雾性能进行了研究,得到了环缝外喷嘴气相喷注压降和内喷嘴缩进深度对离心式喷嘴喷雾流场的影响.分析结果表明,较低的气相喷注压降（＜0.3 MPa）会显著的影响液滴在流场中的蒸发速率以及流场流强、混合比、索太尔平均直径（SMD）和n值的分布;气相喷注压降从0.3 MPa增加至0.6 MPa,稳定喷雾流场液滴SMD和n值分别在2.41～1.68,2.03～0.98范围内变化并逐渐减小.内喷嘴缩进深度从0 mm增加至6 mm,稳定喷雾流场液滴的SMD和n值受其影响较小,均分别在1.70～0.94,2.36～0.99范围内波动.喷嘴的最佳燃烧区主要分布在下游轴向位置0.015～0.035m范围内并随着气相喷注压降的升高和内喷嘴缩进深度的增大逐渐靠近喷嘴出口.该设计喷嘴在发动机热试实验中表现出很好的性能.