国际空间站微重力燃烧项目规划及进展

对NASA近期在国际空间站等平台开展的微重力燃烧研究项目的实验装置、研究内容和进展等进行了调研与展示,旨在为中国空间站微重力燃烧科学的发展方向提供参考依据。目前,NASA通过开发国际空间站燃烧集成架的扩展设备、利用货运飞船平台以及国际合作等方式开展了一系列微重力燃烧基础科学和防火安全的相关研究,通过研究NASA将提高对高效清洁燃烧的认知,并完善未来飞船材料阻燃标准与防火安全策略,同时NASA也计划通过地基设施建设升级以降低研究成本并提高效率。     

微重力环境金属燃烧试验研究进展

以自由落体、抛物线飞行和模拟微重力流场3种典型的微重力试验原理,综述了微重力环境下气溶胶、颗粒和棒状3种形态的金属材料燃烧研究,包括镁、铝、钛等.详细介绍了微重力对金属燃烧速度、火焰结构、相变过程及特有的燃烧现象等特性的影响机理,阐述了微重力环境对揭示金属燃烧固有属性的优势,综述了现有微重力试验系统的优缺点和模拟微重力...     

空间站微重力环境研究与分析

太空中的微重力环境对基础科学研究和新技术开发具有重要意义,为了满足未来我国空间站开展微重力科学实验的需求,需要对空间站上的微重力水平进行分析和评估,指导高微重力要求实验载荷的布局和微重力实验期间的飞行任务规划。空间站上的微重力水平用加速度值度量,通常可以分为准稳态加速度、瞬态加速度和振动加速度。针对此问题调研总结了国际空间站的微重力研究情况,并以400 km轨道高度上100吨级"T"字型积木式空间站作为算例,估算其准稳态加速度大小及分布,并初步分析瞬态加速度水平的量级。结果表明,空间站准稳态加速度水平在1μgn量级,主要贡献来自重力梯度效应;瞬态加速度可达103μgn量级。文章对将来我国空间站微重力应用支持的设计工作有一定的借鉴意义。     

RP-3航空煤油燃烧特性及其反应机理构建综述

目前耦合航空煤油多步燃烧反应机理的数值模拟计算已引起学者们的重视,燃烧反应机理的构建已成为研究热点。详细介绍了国内外关于航空煤油模拟替代燃料的选取、化学反应动力学模型构建和简化、着火延迟时间和层流燃烧速度等的实验规律。依据国外研究进展,指出了中国在国产RP-3航空煤油燃烧反应机理研究方面应从基础研究做起,全方位、多维、立体地合作开展相关研究,主要包括:国产RP-3航空煤油化学动力学模型的建立、低温高压工况条件下航空煤油与模拟替代燃料的基础实验研究与模型燃烧室研究,以期丰富相关研究成果,推进航空发动机的高质量发展。     

国际空间站俄罗斯舱段20年主要科研活动及未来部署综述

国际空间站是目前在轨运行最大的空间平台,是一个拥有现代化科研设备、可开展大规模、多学科基础和应用科学研究的空间实验室,为在微重力环境下开展科学实验研究提供了大量实验载荷和资源,支持人在地球轨道长期驻留。俄罗斯舱段作为国际空间站重要组成部分,除承担与载人飞船对接的任务外,还在技术开发与验证、人体研究、教育活动与推广、生物学与生物技术、物理科学及地球与空间科学等6个研究领域开展了大量的科学实验,其中以人体研究领域的实验最多。有很大一部分实验是长期持续开展的系列实验,且每期实验的研究重点围绕总目标逐步深入,取得了多项有价值的研究成果。未来几年,俄罗斯还计划发射3个舱段,并在此基础上建设独立运行的本国轨道空间站,俄罗斯舱段仍有巨大的应用前景。     

卫星留轨舱微重力防火实验研究

介绍卫星搭载实验项目导线着火前期特性硬件研制以及实验结果。空间飞行实验中获得了导线着火前期的温度和辐射特性,继而研究了导线过载电流、导线捆绑方式对导线绝缘层着火前期特性的影响,同时将微重力下的实验结果与地面功能模拟的实验结果进行了对比。实验结果表明,微重力环境下自然对流基本消失,导线和电子电气元件的散热情况恶化,在过载情况下就可能过热,从而导致失火。空间飞行实验中导线先期着火征兆的获得,将为开发我国微重力下的着火监测和早期报警装置提供新的技术途径。     

微重力场中弱强迫流动作用下的固体表面火蔓延

本文研究了微重力条件下固体可燃物表面的火焰传播过程。建立了火蔓延的三维非稳态数学物理模型，给出微重力条件下燃烧过程中固体中燃物气化表面耦合效应的数学处理。运用数值模拟的方向，探讨微笪力条件下燃烧过程的物理机理。研究了产强迫流动对固体表面火蔓延过程的影响，揭示了微重力场中弱强迫流动作用下出现逆风火焰比顺风火焰旺盛的独特现象，并与正常重力场的计算结果作了对比。数值模拟的结果基本合理。     

空间密闭系统中高等植物生长发育的研究

通过对"实践八号"育种卫星留轨舱中进行的密闭培养系统中高等绿色开花植物青菜(Brassica parachinensis Bailey)从种子萌发、幼苗生长到开花授粉各个阶段的实时图像观察,与地基对比实验的研究,初步了解到空间微重力对高等植物从营养生长到生殖生长转变,以及开花等重生理过程的影响。这是我国首次在空间进行的密闭培养系统中高等植物生长发育过程的实时图像观察实验,采用显微图像观察技术、空间植物培养技术、培养环境控制技术与生物目标观察固定技术等,为空间生命支持系统提供重的技术依据,并通过显微实时观察装置的研制与空间应用,加强对空间生命科学实验过程的在线检测和实时监控能力,为空间生命科学研究的遥科学方式建立技术基础。     

细水雾灭火技术在载人航天器上应用前景

为进一步探索未来大型载人航天器安全、可靠的灭火方法,对现有国内外载人航天器的灭火剂和灭火方法进行综述,并从微重力条件下火灾燃烧特点、细水雾灭火机理和国外微重力条件下细水雾灭火研究状况三方面进行初步分析和总结。分析结果表明,细水雾是一种安全、高效、环保的灭火技术,在载人航天器上具有较好的应用前景。     

等离子体辅助燃烧机制及其在高速气流中的燃烧应用研究评述

以等离子体点火助燃为特征的燃烧组织技术,为先进发动机发展过程中面临的极端环境下燃烧控制问题提供了极佳的解决途径。加速超声速燃烧反应速率是等离子体扩展气流速度边界的一种典型应用。在对当前等离子体燃烧控制机理相关研究成果简要回顾的基础上,针对超声速燃烧气流参数环境特点,分析了可压缩、强对流的高速气流条件下等离子体点火助燃机制研究所面临的挑战;通过各类等离子体在超声速气流中技术应用发展与研究现状的梳理,阐述了等离子体在结构相容性和能量效率上的限制性因素,对未来的基础研究和技术发展方向提出了建议。     

国家微重力实验室落塔及微重力实验研究

落塔是短时、经济的微重力实验地基自由落体重要设施。中国科学院力学研究所国家微重力实验室落塔,在近三年来我国空间计划一些重要项目的预研中发挥了重要作用。     

可压缩湍流边界层燃烧减阻研究综述

减阻设计对于提高超燃冲压发动机性能具有重要意义,而边界层燃烧是一种有效的减阻方法。综述分别从实验、理论和数值模拟研究方面介绍了边界层燃烧减阻的相关进展。实验研究验证了边界层燃烧减阻的有效性,研究了不同因素对边界层燃烧减阻效率的影响,初步形成了将该减阻技术应用于高超声速飞行器的能力。理论研究建立了考虑边界层燃烧的壁面摩阻、热流理论计算模型,而数值模拟帮助揭示了边界层燃烧减阻的内在物理机理。澳大利亚Queensland大学在该方面开展了较为系统的研究,欧洲、美国、俄罗斯、日本等在该方面极少公开发表相关研究成果。中国学者取得了一定进展,但与世界先进水平仍有较大差距,尤其是在实验研究方面。     

载人航天概率风险评价工程实践及其在空间应用中的前景分析

在总结国外概率风险评价技术在载人航天领域的工程实践基础上,剖析了该技术在载人航天的范围、对象、实施条件等工程适用性问题。结合我国空间站工程空间应用系统有效载荷产品的特点和空间科学与应用实验任务需求,对概率风险评价技术在空间应用系统中的应用前景进行初步分析,提出了该技术在空间应用系统中推广应用的实施策略和实施流程,并以高微重力科学实验过程为例进行了建模示例,探讨了其工程应用的可行性,为后续开展空间科学与应用实验过程的安全性定量风险评价工作提供了参考。     

空间生物学中应用秀丽隐杆线虫的研究进展

空间环境能够对包括人类在内的生物体产生多种生物学效应,其中空间辐射和微重力是主要的影响因素,可以引起生物体在多个生物学水平上发生明显的变化。受空间飞行试验的条件限制,选择一种合适的生物学模式材料就成为了开展空间生物学效应研究的前提和基础。本文主要概述了秀丽隐杆线虫的生物学优势,总结了利用线虫开展的空间生物学研究进展,并对利用线虫进行地面辐射和模拟微重力的实验结果进行了讨论,总结和分析了利用秀丽隐杆线虫进行空间生物学研究应该注意的问题。     

微重力振动隔离系统原理及示例简介

微重力振动隔离系统主要用于减小空间科学实验环境的振动水平。振动隔离系统通过主动抑制实验过程中环境的加速度,实现空间科学实验所需要的低加速度环境。介绍微重力隔振系统的基本原理,以及国外几种已有的和正在研制的微重力隔振系统,为自行开发研制微重力振动隔离系统提供参考依据。     

飞机抛物线飞行试验中的液体行为仿真

微重力环境下液体的流动特性和晃动行为是航天工程上颇为关心的问题,也是进行推进剂管理的基础。飞机抛物线飞行是创建微重力环境地面实验方法之一,可实现对一定时间内液体行为的观测,但其成本较高且试验时长受限。基于失重飞机的一般运动规律,对单次及多次抛物线飞行的任务剖面进行了设计,并以单次抛物线飞行为例、利用CFD软件对液体行为进行了数值仿真,分析了失重飞行段初始条件对微重力液体响应的影响。仿真结果可为失重飞机飞行任务剖面的设计和优化提供参考。     

空间微重力主动隔振技术研究

在轨运行航天器上的实验载荷面对的是航天器内的微重力环境。由于扰动传递到实验载荷上会影响实验的有效性,因此,需要对实验载荷采取一定的振为隔离手段。主动隔振能够有效隔离低至0.01Hz的扰动,成为微重力隔振技术的发展方向。国外多种隔振装置的研制成功,对我国航天实验载荷的主动隔振装置研制具有借鉴作用。     

空间胶体晶体生长结构变化的研究

为研究微重力条件下胶体晶体生长动力学和结构变化的规律,设计了空间胶体晶体生长实验装置。实验装置同时搭载三个实验样品,每个实验样品有两个实验工位。通过对胶体晶体的实空间成像及倒易空间衍射(Kossel衍射)成像分别实现样品形貌及样品晶体结构的观测。在完成的空间搭载飞行任务中,获得的大量空间及地面实验数据,结果表明微重力环境中的胶体晶体样品有更好的稳定性。     

等离子体强化燃烧的目前研究进展

介绍了等离子体强化燃烧的基本原理,总结了等离子体强化燃烧的3种途径,分别是热强化、动力学强化与输运强化;对国际上,特别是国内在等离子体强化燃烧的应用验证、作用机制和数值仿真研究方面的最新代表性成果进行了综述.提出了等离子体强化燃烧的4个研究方向,分别是等离子体强化燃烧机理、多场耦合建模与仿真、测试诊断研究,以及等离子体强化燃烧在航空发动机中应用的其他科学与技术问题,同时提出了开展这4方面研究工作的一些建议,主要是定量研究等离子体点火与助燃的3种效应,分别建立各效应与点火特性、助燃特性之间的关系;建立等离子体强化燃烧的详细动力学模型;应用先进的测试诊断设备,发展等离子体强化燃烧的新型测试技术;考虑等离子体点火与助燃应用到不同类型发动机燃烧室时的匹配问题,特别是等离子体电源的小型化与轻型化问题等.      

NS-SDBD等离子体流动控制研究现状与展望

纳秒脉冲表面介质阻挡放电等离子体在高速、高雷诺数下的流动控制领域具有非常大的潜力。文章对纳秒脉冲等离子体流动控制发展的起源、现状和趋势进行了综述。分别从实验研究和数值模拟两方面进行,主要以气动激励机理探索、现象研究以及流动控制机理为主线进行相关文献的总结归纳。目前,纳秒脉冲等离子体研究的关键科学问题集中在电场激励-气动诱导过程的机理探索与流动控制应用机理研究两方面,研究的难点在于涉及多时间尺度、多物理场耦合。注重解决多时间尺度、多物理场耦合问题的数值模拟算法、实验技术将成为解决上述科学问题的关键突破点。关键科学问题的解决有利于为激励器及控制系统的设计提供优化准则。