KM2空间环模设备大门热沉结构的改进设计与调试

针对KM2大门热沉在真空热环境试验中的冷漏现象,提出了对原大门热沉结构改进的几种设计方案,并优选出最佳方案进行实施。对内置式波纹管的补偿量、疲劳寿命等作了理论计算。经调试,KM2设备在通入液氮三小时后,空载真空度达到4.5×10~(-5)Pa;稳定后,空载极限真空度达到2.6×10~(-5)Pa的该设备历史最高真空度水平。KM2设备经技术改造后,满足了卫星零部件产品的高真空环境模拟试验的要求。     

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。     

新的大型空间环境模拟器热沉的研制

我国新研制的一台大型空间环境模拟器,热沉是该设备中的重要分系统之一。经过几年的努力,各项技术要求均已圆满完成,现已正式投入使用。文章介绍了热沉的材料选择、结构布置、壁板形式、支撑结构及主要设计计算结果等。     

提高空间环模设备中铝热沉高真空气密性的工艺措施

我国大型空间环境模拟器的铝热沉,工作于-196～+100℃的温度,内压最高1.6MPa。其中主容器热沉是一个直径10.5m、高20m 的鼠笼形立式铝列管热交换器。整个热沉由2500多根铝管焊接而成,焊缝数量超过5000道。热沉有很严格的真空气密性要求,整个热沉的总漏率要求不大于1×10~(-6)Pa·m~3/s。文章分别从管件检测、纯铝焊接、高真空检漏等方面论述了确保热沉高真空气密性的措施。     

热沉温度场仿真研究

推导了热沉翅片管温度场的描述方程,并用有限元方法求解,确定了热沉的温度场和动态特性。     

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。     

调温热沉换热系统仿真设计与应用

调温热沉具有操作简单,经济性好,降温速率快,对试验件无遮挡等优点,因此,在部组件级热真空试验中具有越来越重要的地位和意义。对于调温热沉的设计,本文中通过采用基于M文件表述的S函数程序和状态空间描述的分布参数模型用于系统仿真,从而得出载冷剂、试验件、热沉三者之间的温度动态关系。继而得到热沉温度控制方案中控制参数的影响条件以及调温热沉设计方案中载冷剂的温度和流量的数据。     

大型空间环境模拟器热沉气氮调温系统设计与实现

文章结合某型号航天器对调温热沉试验需求,对国内外气氮调温系统进行分析调研,对某空间环境模拟器进行了气氮调温系统流程设计,对影响系统的关键参数如气氮流量、液氮体积流量及有关供气供热管径等进行分析研究和设计实施,并进行了系统调试。调试结果表明,热沉温度均匀性达到±5℃,升/降温速率均达到或超过1℃/min,满足相应的型号试验要求。     

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。     

空间环境模拟器20k液氦热沉系统设计

火星探测卫星等非地球轨道卫星,由于受各种条件的限制,其在轨所经受空间冷黑环境的影响比地球轨道卫星更为恶劣.经计算,火星探测卫星真空热试验时,要求热沉温度低于20 k.目前国内整星级真空热试验设备热沉温度均为90～100 k,为了满足试验要求,对现有的真空热试验设备进行改造,在液氮热沉内部研制新增一个全包络的液氦热沉,并配置了冷源供应系统.文章叙述了20 k液氦热沉及冷源供应系统的设计、计算、制造以及在试验中实际应用情况.     

低温氢气排放过程数值模拟

以低温氢气安全排放为目的,采用数值模拟方法对低温氢气直接排放和燃烧排放的流场进行分析.流场仿真计算采用了标准双方程k-ε湍流模型和氢氧单步燃烧模型.研究参数包括氢排放压力、流量、温度和环境风速,评价指标为氢扩散范围和燃烧范围.计算结果表明：燃烧排放燃烧范围小于直接排放氢扩散范围;排放压力增加、流量增大和温度降低均会使氢扩散范围和燃烧范围变大.     

空间环境模拟器的FMEA分析方法

故障模式和影响分析(FMEA)是应用在系统可靠性工程领域的一项成熟技术。文章介绍了FMEA的概念、原理和步骤,并将FMEA应用到空间环境模拟设备中。首先,对空间环境模拟器可靠性分析的必要性进行阐述;接着,以国军标GJB/Z1391-2006为依据,结合空间环境模拟器的特点,阐述空间环境模拟器FMEA工作开展的一般过程。文章以某空间环境模拟器氮系统为例具体进行了FMEA分析,结果表明,将FMEA应用于空间环境模拟器可有效地提高设备运行的可靠性。     

人工粗糙度对矩形弯曲管道流动与传热数值模拟

人工粗糙度作为一种局部强化换热技术,对提高再生冷却效率有重要意义。为了研究人工粗糙度对矩形冷却通道三维流动与传热特性的影响,以及在弯曲段与二次流的耦合作用,对有人工粗糙度的三维弯曲矩形通道进行了建模,并应用Fluent软件进行了数值仿真计算,采用了能够有效准确地求解受强曲率影响的管道内及近壁区域湍流流动的RNG k-ε湍流模型。结果表明:在冷却通道底面添加人工粗糙度会使底部流动受到干扰进而导致流速中心上移,因此在弯曲段,有人工粗糙度的冷却通道中所产生迪恩涡的范围相对较小且距离底面较远,而随着二次流的产生,流速中心会向底部移动,使得该处的换热得到改善,整体对流传热系数上升;当入口质量流量分别为0.1 kg/s,0.2 kg/s,0.3 kg/s时,有人工粗糙度工况下弯曲段加热面平均对流传热系数分别增加了11.86%,13.11%,16.14%,表明添加人工粗糙度可以显著提高换热,且随着入口质量流量的增加其对换热的提高作用也变得越来越明显。     

液氧煤油发动机低温组元两相充填过程研究

制定液氧煤油发动机的起动点火程序时,必须考虑液氧充填燃气发生器氧头腔的特性。为此,建立了一种用于模拟低温推进剂充填和换热过程的动态模型。模型考虑了液相与结构壁面、气相与结构壁面以及气—液两相之间的非稳定换热过程以及气—液两相流动过程。同时,通过分相假设描述了气相对充填过程的影响。仿真结果的准确性已经得到综合热调试验数据的验证。     

空间环境模拟设备低温系统研制中的软件应用及参数化驱动设计

为提升空间环境模拟设备的设计效率和用户体验度,针对北京卫星环境工程研究所成功研制或正在研制的地面产品,运用CAD/CAE软件对其低温系统进行三维建模和仿真分析;依托Inventor软件进行二次开发,设计了一款专门的空间环境模拟设备数字化集成设计平台。通过对专业模型参数化驱动技术的研究,给出热沉系统参数化的各主要节点和驱动设计流程,并验证设计流程的有效性。最后,对氮系统的零件库动态扩充进行了探讨。     

低温气动阀的人机环境可靠性评估方法

为了在液体火箭发动机试验过程中全面定量识别低温气动阀故障产生根源,针对低温气动阀可靠性分析过程的动态时变问题,首先通过引入人机环境系统工程理论,结合低温气动阀工作原理,从人机环境方面分析低温气动阀可靠性影响因素,建立基于人机环境系统工程的低温气动阀时变可靠性模型;并在此基础上,通过从人机环境范围定量分析低温气动阀的可靠度与失效率,对低温气动阀可靠性薄弱环节进行评估.最后通过具体的应用实例验证了该方法的有效性与准确性,为定量分析和改进低温气动阀可靠性提供了一种方法指导,为提高液体火箭发动机性能准确客观评价以及研制提供了支撑.     

低温流体节流过程空化现象的形成与发展规律

文章将RNG 湍流模型与完全空化模型相结合,对孔板节流所导致的低温流体空化流动进行数值模拟,得出了流场中的含气率与压力分布的变化规律。数值模拟研究还发现:由于孔板节流作用使得流场中最低压力出现在孔板喉部,并在此位置出现空化初生点;在低温空化流动中,泡状空化、云状空化、超空化3种空化形态相继出现。分析了空化初生点的压力以及含气率的变化规律,得出了3种空化形态的气相组成;分析了3种空化形态的初生标志,对临界空化状态进行了界定。     

国外大型太阳模拟器研制技术概述

国外航天大国均建有大型太阳模拟器,并在空间探测技术研究中发挥着重要作用。文章介绍了国外典型大型太阳模拟器,给出了其达到的技术指标,较系统地总结了国外大型太阳模拟器研制技术和经验,如准直镜、灯室和光学装校等关键技术的设计思路和解决途径,为我国研制大型太阳模拟器提供了技术借鉴和参考。     

电子束焊接熔池流场数值模拟研究

基于电子束焊接"钉型"焊缝特征,建立了高斯面和旋转高斯衰减体复合热源模型,采用ANSYS FLOTRAN CFD有限元软件,对焊接熔池流场进行了数值模拟,研究了熔池内液态金属在温度场作用下涡漩流动过程,电子束、熔池、液态金属蒸汽之间相互作用关系,电子束匙孔效应、匙孔壁能量传递方式,熔深方向液态金属流动机理等;将316L不锈钢热物性参数输入复合热源模型,通过仿真计算,得到了316L不锈钢焊接工艺规范,即加速电压为60 kV,电子束流为30 mA,焊接速度为8 mm/s,采用该规范焊接的316L不锈钢试件焊缝拉伸强度为425 MPa,满足设计要求。通过对比数值模拟与实际焊接结果表明:模拟熔池形貌与实际焊缝形貌一致,数值计算结果与焊接试验结果相吻合,从而证明复合热源模型是正确和适用的。     

第三流体循环发动机性能分析

为了提高发动机循环性能,以某发动机设计参数为基础,以R22、乙烷及乙醇3种介质为对象,进行了第三流体循环发动机性能分析。在性能分析过程中,耦合了系统参数平衡计算与身部传热流阻仿真计算结果,力求使分析结果更接近实际情况。分析结果表明,第三流体循环与传统方式相比,可以提供更高的燃烧室压力,其中采用乙烷为循环介质的第三流体循环发动机性能最高。