火星车低气压无风热环境模拟试验技术

为模拟火星车工作时所处大温差、低气压环境,文章以自主研制的调温热沉系统和压力控制系统为依托,实现试验容器热沉系统温度在-135~27℃间任意快速调节,均匀性优于±5℃;试验容器内气体压力控制值与目标压力值之差在±10 Pa之内。在国内首次完成无风环境下的火星车温控模拟舱验证试验,为火星车热分析模型修正以及后续火星车有风热环境试验提供了参考。     

《资源一号》CCD相机与多光谱扫描仪定标试验中温控舱及其温控装置的研制

卫星上的CCD相机与多光谱扫描仪在研制过程中需在空间环境模拟器中进行定标。在定标过程中相机必须处在相应的环境温度条件下,温控舱是提供相机环境温度的设备。本文介绍了温控舱及其控温装置的设计与试验结果。     

温度循环试验中试件表面结霜/露现象及舱内水分来源的实验研究

温度循环试验中试件表面出现结露,会对试件造成损害。文章对典型温度循环舱内大热惯性试件的表面结露现象进行了实验研究:分析了舱内水分来源,并测量了舱内压力在空间和时间上的分布特征。结果表明:舱内压力随着温度的降低而降低,风机进风口的负压造成了舱外湿空气侵入舱内;而试验前舱内蒸发器表面存有的霜层,也是造成低温向高温的切换过程中舱内空气露点温度升高的重要原因。采用氮气流量控制,可有效维持舱内的正压,同时抑制升温阶段舱内空气露点温度的快速升高,规避试件表面结露的风险。     

火星表面大气环境下热球风速仪的对流换热模型及试验验证

火星表面大气环境与一般轨道航天器所处的空间环境存在差异。为了实现极端环境下热模型修正、早期故障筛除、性能测试等目的,一般需要在模拟的低气压有风环境下对火星巡视器进行热试验,试验涉及在1400 Pa左右压力的环境下对0～15 m/s风速进行模拟和测量。文章针对极低气压下的风速测量问题,使用无量纲数分析方法建立恒热流式热球风速传感器表面的换热模型,对其在低气压下的输出、自然对流影响等进行分析,并与低气压下的测试结果进行对比。试验结果显示,在1400 Pa低气压下,热球风速探头表面仍以强制对流换热为主,探头灵敏度约为10.1～0.2 mV/(m·s~(-1)),可以用于极低压力下的风速测量。     

临近空间飞行器热管理及热设计方法

针对临近空间飞行器所处独特的空间热环境,对其空间外热流进行了分析,并结合飞行器载荷舱内能源与电子设备的功耗情况及热控要求,在载荷舱的散热措施中对辐射、对流两种热量传递方式的散热效果进行了分析和对比。结果表明：在临近空间飞行器所处的独特的空间热环境下,强制对流换热效果明显大于辐射换热,且在相同的热载荷工况下,对流散热系统的设备重量要远小于辐射散热系统的设备重量,对流散热系统受空间热环境的周期性变化影响较小,系统较为稳定。
     

KM6水平舱环境控制系统

为满足中国载人航天的需求,研制了可进行人-船-服联合试验的大型空间环境模拟设备——KM6水平舱。文章介绍了该模拟设备的环境控制系统。它有两大功能:一是为舱内参试人员提供气体和应急救生用气;二是控制试验环境,包括对各种环境参数的控制,如控制舱内温度、湿度、压力、局部氧气压力,清除舱内气态污染物。在对水平舱减压时,不仅要注意每一项参数的控制稳定性,还要注意对所有参数的整体控制,因为这些参数是互相关联的。为了研究这些参数之间的关系,对该舱建立了数学模型,得出了不同边界条件下的最优控制方案。     

调温热沉设备的状态空间法仿真设计

调温热沉设备日益成为部组件热真空试验的首选,它具有经济性好、使用方便、对试件无遮挡等优点。文章通过状态空间描述的分布参数模型,对调温热沉设备进行仿真设计,得出氮气、热沉、试件三者温度的动态关系,对于进口氮气温度、流量的选择和控制方案的制定都进行了深入的分析。所获取的数据可为采用热沉调温方式的热真空试验提供参考。     

热沉结构设计中关键因素的仿真研究

文章以某环境模拟试验舱的热沉结构为原型,运用数值模拟软件FLOWMASTER对热沉结构进行仿真计算,研究了单片热沉中支管群的流量和温度分配规律,计算流体在热沉片内流动产生的压力损失,分析讨论了汇总管、支管、支管间距、热负荷等几个因素对热沉结构设计的影响规律,最后提出设计热沉结构时的原则和方法。     

空间发动机羽流研究技术发展综述

首先介绍了目前进行空间发动机羽流研究的必要性,同时说明地面试验和数值模拟方法都是研究空间发动机羽流特性的有效手段,两者缺一不可。在此基础上,总结了国内外羽流地面试验关键技术和发展状况。然后,分别总结了国内外最具代表性的空间发动机羽流试验台的组成、真空抽吸方式、主要技术指标和特点,包括美国的J2-A试验舱和CHAFF-IV试验舱,欧洲的CCG羽流污染试验舱和STG低温氦冷羽流试验舱,中国的KM系列空间环境模拟器和PES地面羽流试验台。最后,介绍了与羽流地面试验相关的数值模拟技术的发展,总结了进行羽流数值模拟的模型,重点介绍了常用的DSMC方法的典型应用和基于此方法所开发软件的情况,并针对大密度羽流场和电推进发动机羽流场的特点分别总结了其进行羽流场计算的方法。     

载人试验气闸舱内气流组织方式模拟分析

文章对低气压条件下气闸舱内换热过程的特点进行了理论分析,认为必须采取有效措施以解决气闸舱空气调节问题。并采用CFD软件对两种舱内气流组织方式——置换送风方式和双侧上送下回方式,进行对比,对舱内的空气调节效果进行详细计算,得出了舱内温度及气流流场的分布情况。结果表明:低气压条件下舱内更加容易发生热量积累和热量扩散;选用双侧上送下回气流组织方式能有效排除舱内热负荷。文中所得结果可为实际设计工作提供参考。     

流速及进出液口形式对板式热沉换热性能影响

热沉的换热性能直接影响空间冷环境的模拟效果。文章通过建立不锈钢板式热沉的几何结构模型,利用流体力学理论和有限元方法对板式热沉换热性能进行数值模拟。湍流计算采用RNG模型的k-ε方程,压力–速度耦合计算采用Simple算法,得到热沉壁面温度分布及换热特性参数,同时分析流速及进出口形式对热沉壁面温度均匀性及换热性能的影响。结果表明:较小的流速会导致热沉壁面温度均匀性变差,而流速的增加可以提高热沉的换热效率,但又会增加流体的压力损失。为保证热沉壁面温度分布均匀,需在综合考虑传热和阻力问题的基础上来确定最优的入口流速。当热沉有效尺寸较小时,则进出口布置形式不会影响板式热沉壁面温度的均匀性。     

液氧／煤油发动机煤油高低温试验工艺技术

为了进行液氧／煤油发动机煤油高低温试验,试车台必须具备煤油换热能力,掌握换热工艺。通过分析和比较,确定了煤油换热系统的组成、换热方法及煤油中游离水的去除方法。介绍了煤油换热的时间安排、煤油升温和降温的工艺过程、换热用煤油的流量调节及温度控制要求。提出了试车前煤油温度的保证方法、系统调试及模拟试验的实施效果评定方法。     

用于结构与机构去污染的真空烘烤设备

为了防止空间结构与机构产品中的非金属材料对航天器造成污染,要在产品装配前去除其中的可挥发性物质,需对产品进行真空烘烤清洁处理,因此研制了一套结构与机构防污染的真空烘烤设备。该套设备主要包括真空容器、热沉、真空抽气系统、氮系统、去污染系统、电气控制系统等。文章对该设备的系统组成、主要性能指标及使用功能进行了详细的说明。     

A facility for long-term Mars simulation experiments: the Mars Environmental Simulation Chamber (MESCH)

We describe the design, construction, and pilot operation of a Mars simulation facility comprised of a cryogenic environmental chamber, an atmospheric gas analyzer, and a xenon/mercury discharge source for UV generation. The Mars Environmental Simulation Chamber (MESCH) consists of a double-walled cylindrical chamber. The double wall provides a cooling mantle through which liquid N(2) can be circulated. A load-lock system that consists of a small pressure-exchange chamber, which can be evacuated, allows for the exchange of samples without changing the chamber environment. Fitted within the MESCH is a carousel, which holds up to 10 steel sample tubes. Rotation of the carousel is controlled by an external motor. Each sample in the carousel can be placed at any desired position. Environmental data, such as temperature, pressure, and UV exposure time, are computer logged and used in automated feedback mechanisms, enabling a wide variety of experiments that include time series. Tests of the simulation facility have successfully demonstrated its ability to produce temperature cycles and maintain low temperature (down to -140 degrees C), low atmospheric pressure (5-10 mbar), and a gas composition like that of Mars during long-term experiments.     

缩比推力室甲烷传热试验研究

为了研究火箭发动机推力室冷却通道内的甲烷传热和流阻特性,研制了缩比推力室甲烷传热试验系统,并以推力室挤压热试验的形式进行了5次超临界甲烷传热试验和2次亚临界甲烷传热试验研究.超临界甲烷传热试验燃烧室压力为5.5～7.5 MPa,燃烧室氢氧混合比约为6.8,甲烷温度为128～230 K,甲烷冷却剂流量为5～7 kg/s,甲烷冷却剂入口压力为8.3～11.7 MPa.亚临界甲烷传热试验的室压约为4 MPa,氢氧混合比2.8,甲烷温度为：128～189 K,甲烷冷却剂流量约为2.9 kg/s,甲烷入口压力为3～3.5 MPa.通过试验研究获得了液态甲烷在推力室冷却通道内超临界压力状态和亚临界压力状态下的传热和流阻特性.     

真空羽流试验设备的负压液氮系统设计

真空羽流试验设备用于发动机真空羽流效应试验研究,同时兼顾卫星等热真空试验,对液氮系统有特殊要求。针对低至70 K液氮温度需求,设计一种全新的负压液氮系统,即利用液氮在负压下具有比常压液氮更低的饱和温度,来获得比常压液氮系统更低的液氮温度。该负压液氮系统主要由液氮输送子系统、常压过冷器子系统、负压抽气子系统、液氮泵子系统、热沉子系统及排放子系统组成,其中常压过冷器子系统和负压抽气子系统构成"负压过冷器",具有常压过冷器功能,供液温度可调,可为热沉提供70~77 K液氮制冷,满足发动机羽流及卫星热真空试验需求。     

KM5A空间环模试验设备研制

KM5A空间环模试验设备主要用于为航天器进行地面模拟试验提供真空、冷黑及太阳辐射等空间环境。设备主要包括真空容器、真空抽气系统、热沉、氮系统、测量及数据采集系统、外热流模拟系统等。文章概要介绍了该试验设备的系统组成、主要性能指标及关键技术。     

挤压式低室压推力室再生冷却问题

推力室冷却设计是液体火箭发动机设计的关键之一,通过论述推力10kN挤压式低室压推力室的冷却设计,对其进行了传热分析,并进行了试验验证。结果表明,推力室采用再生冷却和辐射冷却相结合的冷却方式时,发动机工作可靠,不会出现内壁烧蚀。     

小卫星空间模拟器KM3B的研制

空间模拟器是用来模拟空间的真空、冷黑及太阳辐照环境,完成卫星的热平衡、热真空试验,满足卫星研制需要的关键地面大型试验设备。文章概要介绍了研制的一台有效试验空间为φ3 800 mm×4 800 mm的空间模拟器的组成、采用的模拟技术、调试及使用情况。使用结果表明:该设备的各系统运行稳定、可靠,模拟室的真空度、污染量、热沉温度、红外热流模拟系统、温度测量系统等均能满足卫星整星热平衡、热真空试验的要求。