低温推进剂空间管理技术研究进展与展望

本文介绍了低温推进剂的性能优势与空间管理挑战,梳理了低温流体空间管理(CFM)技术特征及其研究现状,建议按照重力依赖型与重力无关型分类开展技术成熟度提升研究。调研了美国逾半个世纪的CFM技术搭载实验研究历程,分析了各类平台的工作特性与性能优势。基于我国航天发展现状与未来需求,探析了我国开展CFM技术攻关、飞行搭载实验的可行方案。建议在我国载人空间站规划舱内低温技术实验柜与舱外暴露平台实验模块,加速我国CFM技术向工程应用的转化。     

低温推进剂在轨加注技术与方案研究综述

为了探究适用于低温推进剂在轨加注的相关技术与方案,通过文献调研与对比分析,介绍国内外在轨加注技术的研究现状,梳理低温推进剂在轨加注的关键技术,研究现有加注技术与方案对低温推进剂的适用性,并提出我国开展相关研究的思路与方向。研究表明：1）气液分离、蒸发量控制、质量测量和流体驱动循环等技术是直接影响推进剂在轨加注系统结构与加注性能的关键技术;2）低温推进剂具有沸点低、表面张力小等特殊性,对气液分离、系统热防护等技术的性能要求更高;3）表面张力式气液分离、纤维镜或射频质量检测、多层隔热材料、热力学排气系统（TVS）以及无排气加注等先进技术方案对低温流体和微重力环境均具有更好的适用性,将成为实现低温推进剂在轨加注的关键突破口。     

低温推进剂致密化技术的发展综述

采用深度过冷等方式对低温推进剂进行致密化,可显著改善其热力学性能,包括密度提升、气液饱和压力降低和显冷量增加等,对减小箭体尺寸和增强低温推进剂应用便利性具有重要促进作用。选取液态甲烷、液氧和液氢3种典型低温推进剂作为研究对象,首先对深度过冷前后的低温推进剂物性参数进行对比,深入了解致密化产生的有益效果;随后,广泛综述低温推进剂致密化的国内外发展和应用现状,对其技术特征进行归纳和总结;最后,提出适合我国国情的低温推进剂致密化发展建议,包括开展低温推进剂组合同步致密化、研发高性能真空压缩机以及设计新型加注流程等,以期为我国低温推进剂致密化技术未来发展提供理论参考。     

运载火箭低温推进剂热管理技术及应用进展分析

运载火箭低温推进剂与外界环境的传热是造成汽化的主要原因。为长期贮存和使用低温推进剂,必须采用综合的热管理技术。首先介绍国内外提出的被动热防护技术和主动制冷技术。前者的主要目的是降低贮箱与外界环境的热量交换强度;后者是通过对贮箱内的热量进行转移,以实现低温推进剂的无损贮存,但只适合已具有良好被动热防护的贮箱。其次,对国外典型低温推进剂实验应用系统进行分析,并初步提出多功能液氢实验平台方案设想,方案中通过CZ-3A号搭载多功能液氢实验平台用于验证空间环境下低温推进剂的综合应用技术。通过对低温推进剂热管理技术的调研和论证,为我国低温推进剂在空间环境下的长期在轨使用提供技术参考。     

可重复启动低温上面级的推进剂管理装置研究

回顾了低温上面级推进剂管理技术的国内外研究现状,分析了上面级微重力环境中低温推进剂管理涉及的液体蓄留、气液分离和局部热控等关键技术。开展了液氧贮箱推进剂管理装置的方案设计,并试验验证了可填充蓄液器的填充和下层板网的指定路径排气等关键功能,确认了方案的可行性。     

低温液体推进剂增压分析与计算

运载火箭低温推进剂贮箱的增压问题极为复杂,其传热问题的研究分析又受到很大的限制.为此,根据我国上面级低温液体推进剂火箭的要求及其具体条件,推导和制定了整个飞行过程的贮箱增压计算方法、主动段—滑行段—主动段的计算公式和必需的初始数据.计算结果与国外同类试验结果规律相一致,与某型号低温推进剂火箭飞行结果相接近,证明该计算方法是可行的.     

低温推进剂交叉输送管路关键技术研究进展

低温推进剂交叉输送(CPCF)技术是实现低温火箭动力冗余能力的关键技术之一,能够实现芯级和助推级推进剂的合理利用.该技术的核心部件是芯级和助推级之间的交叉输送管路,主要包括用于切断推进剂流动的隔离阀和管路连接分离装置.为了梳理CPCF核心部件的关键技术,首先对CPCF技术的基本运行原理和发展现状进行了简要阐述;其次对交...     

低温推进剂液位监测系统设计

以液体火箭发动机地面试验用低温推进剂为研究对象,建立了以电容式液位传感器和C-V线性电容变送仪为主体的低温推进剂液位测量系统。经某型号氢氧发动机真实试车过程中的搭载试验证明,该系统能准确、快速的跟踪并实时显示低温容器中的液位值,具有精度高、重复性好、操作简单及安全可靠等质量特性,很好的解决了试验过程中低温推进剂液位实时监测显示的技术难题,具备了应用地面试车试验的条件。     

低温固体推进技术基础和研究现状

介绍一个新的化学火箭推进领域－－低温固体推进技术，叙述了这种新一代固体火箭发动机的基本原理、结构形式、特点和有关技术问题，近年来国外研究工作取得的进展及应用于航天运载火箭的潜力。     

考虑约束的高超声速飞行器制导与控制一体化设计

针对高超声速飞行器上升段飞行过程中强耦合、强非线性同时要求满足过程约束的特点，提出了一种结合级联控制方法和控制障碍函数的新型三维制导控制一体化算法。首先通过对速度子系统设计控制障碍函数约束算法来满足飞行器的过程约束要求，然后利用反步法、动态逆控制方法设计其余子系统的控制器，两者共同组成制导控制一体化控制器。考虑到飞行器在上升过程中容易遭遇阵风扰动的问题，设计非线性干扰观测器以增强算法的鲁棒性。最后通过李雅普诺夫函数证明了系统的稳定性，并且通过仿真验证了该新算法能够在满足高超声速飞行器上升段过程约束的同时，实现飞行器的三维跟踪控制。     

高超声速飞行器建模与控制的一体化设计

针对高超声速飞行器纵向模型具有非线性、强耦合及不确定性等特点,提出 高超声速飞行器建模与控制一体化设计方法。该方法首先以具有典型结构的高超声速飞行器 几何外形为研究对象,结合高超声速空气动力学的有关理论,建立飞行器的非线性纵向模型 方程;然后在不同飞行条件下获取多个平衡点,分析飞行的气动特性,进而在每一个平衡点 上设计具有非线性解耦控制能力的控制器,并将得到的多平衡点控制参数结合起来,进行插 值计算,实现多平衡点的连续飞行;最后的仿真结果表明,本文提出的方法是切实可行的。
     

国外潜艇指控系统的发展趋势及启示

简要分析了国外潜艇指控系统的发展历程,总结了美、俄、法等发达国家潜艇指控系统的发展模式,介绍了国外几型典型、先进的潜艇指控系统,综合考虑国外不同发展模式的潜艇指控系统共性特点,归纳了国外潜艇指控系统的技术发展趋势,提出了国内潜艇指控系统的发展建议。     

载人运载火箭全箭模态试验

介绍载人运载火箭全箭模态试验技术，给出了火箭全部可靠性模态数据，及飞船内关键设备的振动数据。通过对数据分析，认为：船箭耦合远比星箭耦合复杂；代替低空逃逸发动机的配重对火箭的频率特性影响不大；试验取得的全部模态数据可靠，为稳定系统设计、船箭耦合动态分析及火箭飞行过程中宇航员的振动环境提供了实验依据。     

综合运载器健康管理健康评估技术研究

健康评估是综合运载器健康管理的关键技术之一.针对健康评估的需求,提出适合于健康评估功能要求的五要素建模理论,研究了基于面向对象的贝叶斯网络(OOBN,Object-Oriented Bayesian Networks)的健康评估实现技术,提出了五要素结构化OOBN健康评估推理模型的建模方法,鉴于贝叶斯网络(BN,Bayesian Networks)要推理计算属于NP-hard难题,难于工程化应用,提出了适用于结构化BN模型的,以变化证据信息为导向的,基于贝叶斯球和交叉熵测度的变模型快速推理算法,Monte-Carlo仿真实验验证了算法的有效性,最后以变速箱健康评估为例,说明本文所提健康评估理论的有效性.     

航天器集成健康管理系统研究

航天器故障诊断技术不仅要求提高航天器安全性和可靠性 ,而且要求削减航天器全寿命周期成本 ,现在的故障诊断系统已从原来单一的分系统 (如电源系统 )的故障诊断专家系统 ,向集系统状态监测、故障诊断和故障修复为一体的航天器集成健康管理 (IVHM)系统发展。本文介绍了航天器集成健康管理系统的基本概念 ,并对我国新型航天器整个集成健康管理系统、在轨健康管理系统、地面健康管理系统以及主要采用的技术作了详细的阐述。文中强调了基于模型推理技术 (特别是多信号建模技术 )在航天器集成健康管理系统中的重要性。文章最后指出了应采用从上至下的方案开发该集成健康管理系统。     

临近空间高速飞行器综合信道模型研究

针对临近空间飞行器在高速飞行时所经历的高动态多普勒和等离子鞘套等恶劣通信环境以及其通信中断问题,提出了临近空间高速飞行器的综合信道模型方案,在对综合信道内电波传输信道特性分析的基础上将其建模为频率选择性快衰落信道;同时建立了等离子鞘套信道的数学模型,利用传输矩阵法和FDTD算法计算了表征大尺度衰落的电波传输透射系数,并根据散射信道建模方法给出了小尺度衰落的仿真模型并对其参数的获取进行了分析.仿真计算和定性分析表明了该综合信道模型方案的可行性.     

基于综合电子的某型运载器电气系统方案设计

为降低全生命周期成本,提高航天运载器综合竞争力,提出了基于综合电子方案的某型运载器电气系统设计实现方法。首先对该运载器功能需求进行了分析,建立了基于综合电子的系统分布式集成逻辑架构,然后分别就系统任务规划与操作系统分区结构、基于时间触发以太网(TTE)的一体化机内外总线体制以及系统容错处理机制等关键技术及实现途径开展了分析论证。本方案提出的相关软、硬件设计方法有利于实现系统快速集成与系统内资源共享,同时为实现冗余容错控制、在线任务规划等功能提供了便利。     

轻小型再入飞行器发展研究

为实现深空探测无人取样返回任务,目前国外普遍采用轻小型化返回飞行器,并已取得较大成功。文章概述了星尘号、起源号和隼鸟号3个典型深空高速再入返回器的情况及技术特点,在此基础上分析了我国开展轻小型再入返回器研究的技术需求及发展建议,指出需要在高速再入返回气动技术、轻小型高速再入返回热防护技术、超声速降落伞回收技术、轻小型机构与综合电子技术等方面进行突破。     

一体化外形的高超声速飞行器升阻特性研究

针对吸气式高超声速飞行器气动/发动机一体化耦合的特点,阐述了高超声速飞行器存在推力-阻力平衡、升力-重力平衡、力的界面划分等问题;分析了飞行器主要部件的受力情况及对整个飞行器阻力、升力的影响,算例分析表明,发动机内通道产生负升力,后体产生正升力,发动机的合升力为负值;介绍了气动/发动机力的界面划分的两种方法及其应用,给出了研究推力-阻力平衡、升力-重力平衡、升阻比特性时应采用的划分方法;利用Bruguet航程公式研究了飞行器的航程与升阻比的关系,证明高超声速飞行器的航程存在极限值。