面向探月工程应用的几种新型工质检漏技术

文章针对探月工程中基于预埋氩气工质的钚238同位素温差电池(RTG)载荷、预埋空气工质的生物科普载荷,以及基于全氟三乙胺工质的热控流体回路的自身特性,提出了相应的新型工质检漏方法。氩气工质检漏技术、空气工质检漏技术和液态全氟三乙胺工质检漏技术已成功应用于探月任务。     

单相流体回路地面试验研究

为了对流体回路系统设计参数确定提供指导,通过地面试验方法,研究了低温和外界环境变化时单相流体回路的阻力特性、工质补偿、控温算法等。介绍了地面试验系统的组成、试验方法和相关试验结果,并重点对外界环境突变时的控温结果、控温目标点与控温装置作用点分离时的控温震荡以及低温下补偿器的补偿能力测试结果进行了分析。试验结果表明,在外界环境剧烈变化时会出现温度过冲,过冲可达到10 oC;此外,由于控温点和控温装置作用点的分离引起的相位差,会导致系统控温失败。这些结果对载人航天器流体回路的泵、换热器设计以及工作状态分析具有一定的参考作用。     

高真空低重力环境下液态工质排放 地面模拟试验研究

针对航天器在空间高真空低重力环境下的流体回路液态工质排放有关问题,以月球环境为例,搭建了月球重力等效地面试验系统,开展地面真空排放试验,获取了工质排放过程中的管路压力和温度变化规律,分析了影响工质排放速率的因素。试验结果表明:工质排放过程中管路的温度基本不变,回路初始压力、工质沿程温度以及排放口温度对于排放速率的影响较小。     

不凝气体对航天器两相热控设备性能的影响

不凝气体(NCG)是影响航天器两相热控系统性能和寿命的关键因素之一。文章总结了NCG产生的机理,即材料相容性、物理吸附与脱附,以及空间极端环境下工质的分解;介绍了NCG对航天器传统热管、环路热管和重力驱动两相流体回路热性能的潜在危害,包括工作温度升高、总热导减小、启动困难,甚至引起运行失效;从工程应用角度,提出了NCG问题的抑制措施,如对于环路热管,可加装半导体致冷器,对于两相流体回路,可增大储液器体积或减少工质充装量。     

微泵驱动流体回路主动热控系统在轨测试试验研究

简要概述了"浦江一号"卫星流体回路系统的设计方案和地面测试试验情况,并在此基础上详细介绍了在轨开展的流体回路系统的开环和闭环控制测试,以及微泵A和微泵B的长寿命测试。在轨测试结果表明:微泵驱动流体回路系统各部组件满足空间环境使用要求;系统软、硬件在轨各项性能长期稳定良好;流体回路系统可以实现航天器热量的快速收集与传输,具有灵活的热管理能力。     

载人航天器单相流体回路分析

对载人航天器热控分系统单相流体回路进行了简化,建立了氨工质单相流体回路的软件仿真模型,对仿真模型添加瞬态外热流,施加比例、积分和微分（PID）控制器。仿真结果给出了单相流体回路在典型工况下控温点温度波动、辐射器出口温度波动、温控阀主旁路流量分配的响应情况。据此分析了单相流体回路在典型工况下的动态响应性能、控温性能及低温防冻性能。总结评价了氨工质单相流体回路的低温防冻能力,确定了影响单相流体回路控温性能的因素,可用于指导我国单相流体回路进行优化设计及防冻设计。     

单相流体回路工质的优选研究

流体工质的选择是单相流体回路设计的一项重要内容,文章概述了流体工质的基本性能参数与选择标准,简要介绍了单相流体回路的分析计算过程,提出了能初步衡量工质优劣的一个特征性能参量热耗比F,设定3种工况条件,分别绘制了6种工质的热耗比F随温度的变化曲线,将比较结果应用于一个流体双回路系统的内回路,在SINDA/FLUINT中建立数值仿真模型,计算结果显示利用热耗比F可以对流体工质进行初步的优选。     

多支路并联流体回路流量分配影响因素分析

多支路并联流体回路热控技术在载人航天器上获得了广泛应用。外热流、重力场和管路阻力特性等因素会影响流阻，进而影响流量分配和散热能力，这可能会造成工质冻结并引起回路失效，威胁航天器安全，因此亟需针对影响流量分配因素开展分析。基于梦天实验舱6条并联流体回路建立简化模型，分别研究外热流、重力场和管路阻力特性对流量分配的影响，发现辐射散热带来的工质物性变化会导致各支路流量分配不均，外热流变化带来的回路散热量增加，以及重力场存在会加剧流量分配不均匀性。另外，回路在设计和运行时都要避免工质温度进入黏度剧烈变化区域，否则各支路流量容易受外部环境变化影响而发生较大波动。     

液态工质与示漏气体He的漏率等效关系研究

研究密封管路液态工质与示漏气体He间的漏率等效关系,对提高检漏工作的准确性和可靠性有着重要意义。文章以环控生保系统中密封管路所用的液态工质（全氟三乙胺,乙二醇）为研究对象,对液体的流态及泄漏的相态进行理论分析,得出液态工质与He气漏率等效关系的数值区间,并利用质谱分析技术,采用金属压扁型漏孔模拟真实的泄漏孔隙进行试验研究。试验结果表明,液态工质与示漏气体的漏率比值在理论数值区间之内,流动过程中呈现两相流的状态,并且乙二醇的漏率要比He气小,而全氟三乙胺的漏率要比He气大。试验结果为研究液体泄漏过程及液、气漏率等效关系提供了基本方法和基础数据。     

空间站流体回路/热管耦合式热辐射器性能研究

空间热辐射器担负着航天器内部多余热量向外太空排散的任务，是航天器热控系统的关键设备，尤其是载人航天器，辐射器需要满足长寿命、高可靠度、高稳定性的要求，目前已发射的载人航天器均采用流体回路辐射器。对中国空间站流体回路/热管耦合式辐射器进行试验研究，得出辐射器散热性能的变化规律。首先论述试验方案和试验过程，并给出试验结果数据;然后通过对试验数据分析，得出辐射器传热热阻，以及散热能力随流体回路参数及外热流参数的变化规律;最后基于试验数据，完善辐射器仿真分析模型，并与试验典型工况进行对比分析，实现仿真模型与试验数据的良好吻合，仿真模型可用于辐射器在轨工作性能预示分析。实验分析结果对航天器空间辐射器设计具有一定的参考意义，可为航天器整舱热平衡试验方案及辐射器在轨工作状态设置提供数据支持。     

单相流体回路安全性设计

结合国内外单相流体回路设计的一些经验和方法,从单相流体回路系统安全性设计的角度,重点介绍利用回热换热器进行流体回路工质防冻的原理、采用真空脱气技术在工质加注前进行工质处理的方法、利用膨胀节等部件进行系统压力控制的方法以及流体回路防静电设计方法,并给出了设计实例。对提高深空探测器、空间站等长寿命、复杂工况下流体回路系统的设计安全性和可靠性具有一定的参考价值。     

与流体回路耦合的空间辐射器流动/传热分析

流体回路作为一种主动热控技术,在载人航天器及空间站上发挥着重要的作用。作为航天器的对外散热界面,辐射器与流体回路之间往往存在直接热耦合关系。在进行简单理论分析的基础上,针对载人飞船的圆筒形辐射器,实现了流体回路与辐射器流动/传热及外热流计算的集成分析,反映了典型工况条件下辐射器的温度水平及外热流对流体回路流量分配和控温过程的影响。     

真空室压升法测量液态工质漏率可行性分析

文章旨在探讨压升法测量液态工质漏率的可行性,研究液体泄漏的试验方法。首先根据液体饱和蒸气压的理论分析,得出液体挥发引起的定容压力增量;之后通过微进样系统,采用真空室静态升压方法,分别以全氟三乙胺和乙二醇水溶液为研究对象进行试验分析,研究得出漏入液体量V与压力变化ΔP成线性关系,与理论分析计算结果相符合,证明了压升法测液态工质漏率的可行性;最后提出了微量采样系统进行比对测量液态工质漏率的压升试验方法及计算公式。研究结果表明,压升法可有效地测量液态工质漏率,为液体的流动试验研究提供参考依据。     

载人航天器主动热控制系统流体回路的优化设计

载人航天器一般采用主动热控制技术为主的热控制系统,废热的排散主要通过泵驱动单相流体回路。分析了主动热控制系统的主要设计任务,如系统方案、工质的选择、回路部件的选型、系统参数的确定、控制算法等;提出了主动热控制系统方案及参数选择应满足适应性要求、安全性要求、可靠性要求以及经济性要求,指出主动热控制系统的设计是一个以系统总体质量最小为目标的约束优化问题,并讨论了优化设计的思路与实现流程。最后基于一个具体的设计案例对设计方法进行了验证。     

样品温度对原子氧环境下ITO/Kapton/Al涂层性能变化的影响

文章利用原子氧环境地面模拟设备对航天器用材料ITO/Kapton/Al开展了原子氧环境试验研究。研究中选择的原子氧积分通量为9.1×1019 atoms/cm2,试验真空度为10-2 Pa量级,样品温度分别选取为25℃、70℃、100℃、120℃和150℃,研究样品温度对原子氧环境模拟试验可能造成的影响。试验后利用高精度微量电子天平对样品进行了质量损失测试并计算了材料的反应率,利用TEMP 2000A便携热发射率测试仪和LPSR 300便携光谱太阳吸收率测试仪分别对样品的发射率和太阳吸收比进行了测试。通过试验及分析发现:ITO膜对基底材料的保护较好,材料在试验后质量损失较少,原子氧反应率较低;样品温度的变化对ITO/Kapton/Al材料的质量损失影响较小,但对材料的热物理性质影响较大。     

热控流体回路补偿器的热计算方法

在简要介绍流体回路补偿器的基础上,讨论了补偿器设计的一般热计算方法,提出了补偿器总容积确定的通用计算方法,并利用计算机技术编写了一套补偿器热计算通用计算程序。此外,针对某一载人航天器流体回路工作情况,对其补偿器进行了计算和分析,并获得相应设计参数。该项研究将为载人航天器流体回路补偿器的设计提供理论分析参考。
     

GH4169高温合金与四氧化二氮推进剂环境的长期相容性试验研究

基于相容性试验方法,开展了GH4169高温合金在四氧化二氮介质环境中的长期浸泡试验。通过对试验前后材料力学性能、表面状态及介质成分变化情况进行分析和测试,确认四氧化二氮和GH4169材料在1年的试验期内相容性满足使用要求,达到一级相容标准。     

多辐射器航天器热控流体回路布局的(火积)耗散分析

为了优化多辐射器航天器热控流体回路布局，提高流体回路的散热效率，降低流体回路温度，本文基于(火积)理论，分别对多个辐射器串联和并联的流体回路布局的散热进行了分析。结果表明，排散相同热量时，流体回路的流体与管路壁面之间的温差均匀性越好，流体回路散热过程(火积)耗散越小，系统散热过程越优。进一步，对于2个辐射器的情况，分别对辐射器设置了不同的空间辐射加热热流，对辐射器的流体回路布局方式进行了比较。结果表明，辐射器与流体回路串联时，系统散热性能要优于两者并联，系统的流体温度水平最低，结果与(火积)理论分析的预测完全一致。研究结论对多辐射器的航天器热控流体回路设计具有指导意义。     

多舱耦合流体系统在功耗调配模式下的模拟分析

结合某种航天器,设计了一种多舱耦合的集成式热管理的流体回路系统。介绍了该系统的结构和功耗调配模式、流体回路热耦合方式,运用商业软件SINDA/FLUINT建立回路的流体和热模型,对不同功耗调配模式下流体回路不同热耦合方式进行分析。模拟结果表明,该回路最佳的工作模式为中、低温功耗调配与中温回路热耦合相结合,在这种工作模式下,调配效率可保持在η≈1,即功耗调配量与热耦合的传递热量总能近乎相等。     

单相流体回路控温算法建模与仿真分析

针对我国新的载人航天器在控制密封舱空气温湿度同时,要精确控制流体回路上电池等大热耗设备温度的需求,文章给出了航天器单相流体回路的PID控制、模糊增量控制和专家控制算法,解决了控温点前存在大热容和大热耗设备的流体回路控温问题。新的单相流体回路控温算法的提出和应用,可以有效简化流体回路复杂程度,减少10%的热控质量和功耗。