空间无排放消耗散热概念及试验验证

空间任务中缺乏有效辐射散热通道情况下,消耗型散热是排散航天器废热必不可少的技术途径,但其存在长期应用中资源消耗量大的问题。针对未来长期空间任务,提出无工质排放的消耗型散热概念。首先通过微孔膜蒸发消耗型散热试验,评估该试验系统在不同真空压力下的散热能力;之后基于此设计柔性收集装置,开展微孔膜蒸发-水蒸气收集联合试验。试验结果表明,微孔膜蒸发可以在无工质排放条件下实现有效散热,散热量随流体进口温度升高而增加,随真空压力升高而线性减小;无排放消耗型散热系统中收集装置的水蒸气吸收速率不小于蒸发速率时,将不会削弱微孔膜蒸发的散热能力。     

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。     

临近空间再生燃料电池储能系统散热风扇性能

针对平流层飞艇再生燃料电池储能系统的风冷散热组件,采用Fluent计算散热风扇在设计飞行高度不同转速条件下的风压、流量、静压效率等性能参数。进而针对海拔0~20km高度的环境温度和压力变化,计算20kW散热能力条件下散热组件风量需求及其对应风扇转速、功耗等变化趋势。在此基础上,进行散热组件不同海拔高度环境下的性能试验,风扇模型计算结果和试验数据吻合较好。结果表明风冷散热组件能够满足再生燃料电池储能系统在包括起飞、高空驻留和降落在内的整个任务周期的散热要求。     

封闭式喷雾冷却传热特性的实验与理论研究

喷雾冷却是一种高效的高密度热流散热方式,在空间热控领域具有重要的应用前景。本文基于液膜动力学、气泡动力学和传热学的基本原理,建立了描述喷雾冷却传热特性的理论模型,模型分析结果和实验结果吻合良好;利用实验研究和模型模拟相结合的方法,对以水作为工质的封闭喷雾冷却系统的加热面温度分布、冷却曲线等特性进行了分析,分析结果显示,在封闭式喷雾冷却系统中,被冷却表面也仍然存在着温度分布的不均匀性,但是其最大温差小于5℃;由于喷雾腔内压力较低,喷雾曲线基本上处于两相区内,其换热能力远远高于常压下的换热能力。     

载人航天器热排散方式分析

为优选载人航天器热排散方式,对比分析了空间深冷环境、月面赤道附近清晨和月面赤道附近月午3种热环境下,使用水升华器、辐射器和辐射器+热泵3种热排散方案的效果与系统代价。结果表明：短期任务使用水升华器质量代价较小;热泵可以显著提高辐射器散热能力,且提升效果随太阳高度角上升而增加;但使用热泵能耗较大。因此,需根据任务规模、周期和航天器供电能力对热排散方案的选用进行综合评估。     

基于空间环境预判的航天器智能自主热控方法

传统热控技术在空间探测任务确定后,基于特定输入条件设计的控制方案,其自适应能力不足,且存在一定的时滞性。文章从系统工程学的角度,提出了基于空间热环境预判的航天器智能自主热控方法,采用航天器姿态规划实时预测外热流,开展相应的控制措施,实现对温度的前馈控制,并进行了仿真验证,结果表明:该方法可有效弥补传统热控技术在空间探测任务中调温能力的不足。在航天器高精度控温和大功率散热领域,能有效抑制低频噪声,节约热补偿功率,具有广泛的应用前景。     

实验舱α对日定向装置长寿命润滑技术研究

针对空间站实验舱α对日定向装置活动部件润滑方案，研究了MoS2基润滑润滑膜、PM6润滑润滑膜和Au-TiN润滑膜摩擦学特性，并通过原子氧侵蚀试验验证MoS2基润滑膜耐受空间环境原子氧的性能。开展固体润滑膜涂覆真空润滑油脂的摩擦验证试验，探究固液混合下固体润滑膜的物理特性。采用等效真实产品状态寿命件，完成润滑膜真空寿命试验，验证长寿命润滑技术，对后续长寿命航天器的设计具有指导和借鉴意义。     

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。     

碳基复合相变装置及在大热耗单机温控中的应用

碳基复合相变装置以高导热碳基复合相变材料为主要储能和导热载体,利用高导热膨胀石墨强化导热,运用相变材料的潜热实现热量的削峰填谷,可有效抑制短时大热耗单机的温升,减少单机非工作时段所需的补偿功耗,节省卫星的重量资源和功耗资源。主要介绍了一种高导热碳基复合相变装置,结合复合相变装置与卫星结构板优化的综合散热系统,用于解决星载短时工作的大热耗单机温度控制问题。通过理论计算与热仿真分析相结合,对复合相变装置进行了优化设计;通过开展专项试验对复合相变装置的热性能和空间环境适应性进行了充分验证;并在整星真空热平衡试验中,验证了复合相变装置对大热耗单机的温度控制效果。     

多相流环境下绝热材料烧蚀试验方法研究

为深入了解高温多相流环境中绝热材料烧蚀规律，以氧-煤油烧蚀试验系统为基础，采用氧化硼(B2O3)粉末为添加粒子，发展了一种用于绝热材料烧蚀性能测试的新方法，并进行了验证测试。结果表明：氧-煤油烧蚀试验系统的温度为500~2700 K，射流速度为200~1500 m/s，可通过调整燃烧室压力、烧蚀距离和粒子浓度等参数适应各种烧蚀工况；B2O3颗粒在高温射流中发生熔化、蒸发等相变，可用于模拟火箭发动机中的凝聚相粒子；验证试验中绝热材料的烧蚀率和烧蚀规律与其他多相流烧蚀试验结果相近。结果证明该装置可用于开展多相流环境下绝热材料烧蚀试验研究。     

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。     

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。     

基于叶脉仿生的散热均热板性能研究

为了解决航空电子芯片持续高强度工作下的集成散热问题,从而保证电子热表面均温无噪声,受植物叶片蒸腾作用的启发,设计了配备有树状分叉叶脉仿生分形结构吸液芯的均热板,并探究分形结构类型、分形级数、分形角度、入口流速和输入功率等参数对新型吸液芯内流体流动性能的影响;深入研究叶脉仿生均热板的传热特性,对比H型和Y型结构吸液芯在不...     

可展开式辐射器热控对航天器轨道调整的适应性分析

为提高航天器热控系统对轨道调整的适应能力，本文研究了与流体回路耦合的可展开式辐射器热控方案在不同轨道高度下的热控性能，分析了不同轨道高度时辐射器面临的热环境的影响，在不同轨道高度下比较了固定辐射器与可展开辐射器的热控特性。结果表明，随着辐射器展开角度的变化，辐射器吸收的空间热流随之发生变化，从而对热控系统的散热能力带来直接影响，调节辐射器的角度可以扩大其对外散热能力。在工程应用中，基于热控流体回路，通过调节可展开式辐射器的展开角度，可以有效提高航天器的轨道热适应能力。     

航天器公用空间搭载试验平台设计

我国航天器搭载试验包括空间材料实验、航天医学实验和航天新技术验证试验,具有数据量大、需要实时传输、工作模式多样等特点。文章根据试验项目的需求,设计了应用于低轨道航天器的支持各类空间搭载试验项目的公用试验平台。地面测试验证和在轨运行情况表明,该平台在不影响飞行器平台安全的同时,满足了对试验项目的工作控制、遥测监视及试验数据传输管理的任务要求。     

Dynamics of the orbiter based construction of structural components for space platforms

A relatively general formulation for studying liberational dynamics of a large class of spacecraft during deployment of arbitrarily oriented beam and plate type flexible members has been developed by the authors. The formulation is applicable to a variety of missions ranging from deployment of antennas, booms and solar panels to manufacturing of trusses for space platforms using the Space Shuttle. The governing nonlinear, nonautonomous and coupled equations of motion are extremely difficult to solve even with the help of a computer, not to mention the cost involved. To get some appreciation as to the complex interaction between flexibility, deployment and attitude dynamics as well as to help pursue stability and control analyses, the procedure is applied to the Space Shuttle based deployment of plate-like members. Results suggest substantial influence of the flexural rigidity of the appendages, deployment velocity, initial conditions, and appendage orientation on the system response. Deployment maneuvers in conjunction with a typical controlled time history of permissible liberational rates suggest flexible plate members to be stable. In general, the instability is triggered through roll excitation leading to unbounded yaw due to coupling. The results should prove useful in planning of the Orbiter based experiments aimed at studying dynamics and control of flexible, deployable structural components needed in construction of space platforms.     

航天器运输包装箱仿真验证平台技术研究

针对数量有限的物理跑车试验无法满足减振与保温性能测试需求的问题，提出一套航天器运输包装箱动力学与热学仿真验证方法，包括：建立适用于包装箱系统的刚柔耦合多体动力学系统，通过结合线路条件测试生成的动力学系统外部激励，实现减振性能虚拟跑车测试；建立基于计算流体力学的包装箱热学模型，通过模拟自然对流和空调控制，实现包装箱保温性能虚拟跑车测试；基于C/S架构和导航式流程设计思想，建立航天器运输包装箱仿真验证平台，通过实际案例证明该平台仿真结果与实际跑车测试数据具有较高的一致性。     

载人航天器密封舱内流动换热数值模拟研究

航天器密封舱主要以通风换热的方式排出舱内人员及设备的散热,从而控制舱内的温度水平。计算机数值模拟是研究舱内通风换热问题的有效方法。文章利用数值模拟软件I-DEAS,针对设定载人航天器,对其在轨状态下密封舱内复杂的流动换热进行稳态数值模拟,研究系统能量的流动和分配,评价通风设计方案的合理性。     

苏/俄交会对接技术研究

苏/俄交会对接技术的研发,最初是为20世纪60年代初苏联月球使命服务的,后来主要用于空间站的运输使命。因此,最初的＂联盟＂飞船逐步演变发展为联盟号载人飞船系列与进步号货运飞船系列。联盟号和进步号飞船应用＂指针＂或＂航向＂交会雷达系统,基本采用自动轨道交会方法。对应急运作,联盟号航天员可使用手控器;对于不载人的进步号使命...     

Actuator placement from degree of controllability criteria for regular slewing of flexible spacecraft

An important unresolved problem in the attitude and shape control of future large flexible spacecraft is the determination of appropriate locations throughout the flexible vehicle for placement of control system actuators. In a separate work a definition of the degree of controllability was generated for this purpose when the control objective was to return the spacecraft to the desired equilibrium configuration after any disturbance. In some potential space missions the objective will require angular slewing maneuvers of a flexible structure. The optimum actuator locations should be significantly different for this objective. In this paper, concepts of the degree of controllability of a control system for performing standard maneuvers are developed from basic physical considerations, and then numerical methods for generating the degree of controllability are developed. These results offer the control system designer a method of evaluating the effectiveness of candidate actuator distributions. The method is shown to take on a relatively simple form when spacecraft modal coordinates are used.