小管径高精度超声波流量计设计

航天器推进剂在轨剩余量测量一直是航天器在轨管理所面临的一个难题.提出采用超声波流量计测量推进剂在轨剩余量的方法,并给出了超声波流量计的设计方案.设计的新型超声波流量计结构,通过改变超声换能器的安装方式,从而延长了超声波传播路径,减少了传播过程中超声波的衰减.通过以单片机和FPGA为主控制器、以高精度时间测量芯片作为数据采集模块的流量计软硬件系统实现了超声波流量计对液体流量的高精度测量.通过恒速测试、交变流速测试和总量测试表明,该系统测量精度达到了0.5%,可满足目前航天器推进系统推进剂剩余量的在轨测量要求.     

基于累积误差效应的瞬变加注量融合算法

为提高火箭推进剂加注量的计量精度,在原系统单一的流量计基础上新增超声波流量计和高精度液位计,并对液位计进行液位-体积标定,使三路测量设备同时参与加注量计量.根据设备计量原理分析了三路加注量数据的变化特性和误差特性,并利用时域估计法和数据加窗法推导了各瞬变加注量误差信号的方差估计算法,给出了基于方差最小二乘意义下的最优加权融合结果.实际应用表明该融合算法可以有效地抑制累积误差的不断扩大,提供比原始数据精度更高的实时加注量数据.     

结合多种剩余推进剂测量方法的应用研究

基于＂十一五＂期间对多种航天器剩余推进剂测量方法的研究成果,分析了气体注入（压力激励）法、超声波流量计法、加速度计法、热容法以及压力-体积-温度（PVT）法和簿记（BK）法的适用范围,对这些剩余推进剂测量方法在航天器整个寿命期间不同时期的应用方案进行了研究,提出了3种典型的测量方法组合方案和应用策略.     

液化气体推进剂在微小卫星推进系统中的应用

随着微小型卫星的发展,液化气推进系统成为了此类航天器推进系统的选择。目前,国内外常用的液化气推进剂有一氧化二氮、丁烷、丙烷、氨等。本文对液化气推进剂的发展历史和研究现状进行了综述,对液化气推进系统在应用中面临的技术问题进行了分析,并在综合考虑各项因素的情况下,推荐采用一氧化二氮作为微小卫星液化气推进系统的推进剂。     

在轨加注用超声波流量计的设计与试验

针对航天器在轨加注对推进剂流量的精确测量要求,研制了在轨加注用超声波流量计。在对传播时间法研究的基础上,提出流量计管路布局的设计要求,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)的方法模拟4种不同管路布局(直角型、45°锐角型、直线型和圆弧型)对流体速度分布的影响,对比得到了优化的管路布局。信号处理电路使用斩波稳定比较器,通过阈值比较法,保证了传播时间的测量精度。流量计经标定后,在量程（0～150g/s）范围内可达到0.1%的测量精度。为了验证在轨加注过程中流量计的作用,在地面环境下进行了在轨加注地面模拟试验,试验表明超声波流量计在推进剂在轨加注中使用是可行的和必要的。     

双组元推进剂质谱检测实验研究

推进剂泄漏检测技术是关系到航天器正常运行和安全发射的关键技术之一。采用燃烧剂，氧化剂的双组元推进剂是航天器推进系统的经常选用的燃料。质谱检测的技术具有同时检测环境中这两种微量成分而不相互干扰的优点，文章简述了双组元推进剂的质谱检测装置，给出对是，四氧化二氮的质谱实验研究方法及检测结果。     

电推进系统的过去、现在及未来

正当前,航天器主要使用化学推进系统和电推进系统。化学推进系统是在航天器内加注化学推进剂并产生化学反应,产生推力,推动火箭飞行;电推进系统是使用电能产生推力,推动航天器飞行。相比起化学推进系统,电推进系统所需要加注的推进剂少,且不必受推进剂产生/释放化学能量大小的制约,可以有效地将电能转化为动能,具有比冲高、工作时间长的优势。在太空特有的真空失重状态下,电推进系统能够长时间工作,持续做功,帮助航天器完成位置保持和轨道机动。     

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.      

电推进技术应用日益广泛

□□低推力、高比冲、轻质量的电推进技术发展正方兴未艾。由于其比冲高，所以在航天器上使用时能大大减少推进剂的携带量而增加有效载荷；或不减少推进剂而大大延长航天器的工作寿命，因此应用范围不断扩大。迄今为止，已经有160多个地球卫星和行星际探测器使用过电推进技术。     

微小卫星液化推进剂气化过程可视化检测方法

微小卫星在科学研究、交通导航、自然灾害预报、城市规划、环境监测、国防安全等领域应用潜力巨大.然而，作为常用于微小卫星系统的液化气推进装置，其推进剂存在气化不完全问题，导致推进性能下降.为了有效控制气化过程，研究了基于电容层析成像(ECT)技术的液化推进剂气化过程可视化和气相含率检测方法.为了提高测量信噪比和降低加工难度，设计了一个6电极柔性PCB传感器.针对6电极成像质量较差问题，在线性反投影(LBP)和Tikhonov正则化的基础上，提出了像素插值法，建立了灰度值 相含率映射模型.仿真结果表明，应用像素插值后，重建图像平均相对误差降低了7.72%，图像质量显著提高，相含率测量误差显著减低(不大于4.86%).最后，基于微小卫星推进剂气化的实际情况设计了模拟实验装置，证明了所设计的柔性PCB传感器和所提出算法及映射模型的可行性.     

基于并联贮箱结构的卫星推进剂剩余量测量方法

星上推进系统推进剂剩余量测量是卫星在轨管理的重要工作,事关卫星剩余寿命估计和离轨时机的选择,对于提高卫星效率具有重大的意义．中国现有的推进剂剩余量计算方法只适用于传统的双贮箱结构,不适用于桁架式卫星平台的多贮箱并联结构,为此必须开发新的计算方法,同时提高计算精度．比较多种推进剂剩余量测量方法,重点论述两种可用于并联贮箱结构的测量方法．     

推进剂液位检测技术研究及仪器设计

通过对多种液位检测技术对比分析 ,提出一种利用超声波技术由储罐底部直接测量的方法 ,介绍了基于该方法的测量原理和仪器实现。此方法能够较好解决分界面明显的液位检测问题 ,但是对于一些气 -液界面模糊的介质的液位检测存在一定的问题 ,文中进行了分析并提出了一些可行性建议     

15厘米射频离子推力器—“RIT-15”的实验研究

本文简单介绍了“RIT—15”的工作原理,性能参数计算及实验结果。推力器是用惰性气体氙(Xe)和氩(Ar)作工质,以代替水银。结果表明:推力器可以正常运行,可拔出离子电流为150—220mA,相应的推力达7—14mN。由于用惰性气体运行方便、无毒,所以这是一种有希望的工质,但随之而来的是推力水平和质量效率的下降。这必须通过推力器结构的改进及进一步提高高频发生器的耦合性能来解决。     

液体火箭发动机试验脉动压力数据分析方法研究

针对液体火箭发动机试验脉动压力数据的特点,对脉动压力数据和相关振动测点数据进行快速傅里叶变换（FFT）,频谱分析的结果能够有效判断发动机不稳定燃烧的声振类型。采用小波变换奇异点检测的方法,对启动段和关机段波动异常的脉动压力数据进行分析,结合相关振动测点的频谱信息能够在时域内准确定位奇异点位置,提取频域内的信息,有效判断推进剂燃烧情况和声振类型。分析结果表明上述方法在火箭发动机和组合件试验的脉动压力数据分析中具有重要的推广意义。     

空间站先进的推进系统

本文讨论空间站控制各种类型的推进系统。研究结论是推进剂消耗量是一个重要成本因素。电推进系统具有比化学推进器最少高一个数量级的比冲,所以采用电推进系统可以大量减少推进剂质量。电推进系统适用于比较大的总冲量的任务,诸如阻力补偿和轨道转移。     

一种可承受径向和轴向载荷的超声悬浮轴承

基于压电驱动原理和超声波近场悬浮技术,提出了一种可同时承受径向和轴向载荷的超声悬浮轴承方案。此方案只依靠单一激励源即可实现双向支承,结构紧凑,控制简单。为准确预测超声轴承的工作频率和声阻抗,建立了超声轴承的声阻抗网络模型;利用有限元分析(FEA)方法,对超声轴承径向和轴向辐射面的振幅进行了仿真计算;研制了超声悬浮轴承原理样机并开展了轴承悬浮承载能力测试实验。实验结果表明:超声悬浮轴承具有良好的悬浮效果,可承受较大的径向载荷和一定的轴向载荷。此类超声轴承的研究可为未来新型轴承结构的研发开拓新的思路。