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。     

过冷度对飞行器贮箱热力学排气系统性能的影响

为了研究低温推进剂贮箱的压力控制特性和热力学排气系统的运行特性,建立了耦合贮箱内流体流动相变过程与热力学排气系统(TVS)的数学模型,对TVS系统运行后贮箱的压力和温度变化进行了仿真计算。在以液氮为贮存工质的低温流体高效贮存平台上,进行了仿真模型的验证。分析了不同液体过冷度对低温贮箱温度和压力控制特性的影响。研究发现,在相同的在轨贮存周期内,对于饱和状态的液氢和液氧,TVS只有在排气模式下才能实现低温贮箱的压力控制,而对于过冷状态的液氢和液氧,TVS只需进行混合模式运行便可实现低温贮箱压力控制,且TVS混合运行时间随液体过冷度的增加而减少,16 K液氢时TVS的运行时间(546 s)相比于20 K液氢(663 s)减少了17.6%,78 K液氧时TVS的运行时间(2 760 s)相比于90 K液氧(16 469 s)减少了83.2%。过冷液体与气枕的混合可以实现低温流体在轨贮存过程中的零排放。     

液氮深冷方法在解决运载器不锈钢螺钉咬死问题上的应用

为解决某运载器伺服机构曲柄与发动机游机摆轴不锈钢连接螺钉"咬死"问题,通过对不锈钢材料在液氮深冷条件下的特性分析,提出了"液氮深冷"的拆卸方法。利用"液氮深冷"方法,实现了在发动机游机摆轴螺纹完好的情况下,顺利地将伺服机构曲柄连接螺钉分解下来,确保了某运载器的按时出厂,避免了重大经济损失的发生。     

真空热试验中冷能利用的思考

在大型航天器的真空热试验中,仅从过冷器排除的液氮和低温气氮的混合物就达约5×104 kg,其中蕴涵了108 kJ量级的冷能。文章首先介绍了自然冷能和LNG冷能利用的研究现状,并结合航天器真空热试验的实际情况,研究了试验过程中排气造成的冷能损失,对它的再利用可行性进行了讨论,提出可以采用联合法冷能回收流程,并提出了冷能利用中的几个关键问题。认为:需要解决液氮和低温气氮供应的连续性及找到恰当的二次冷媒,是真空热试验中冷能利用的关键。     

基于MWorks的自动器-管路系统动态特性仿真

自动器是液体火箭发动机中用于调控工作过程的关键组件,其稳定性直接关系到系统的可靠性。为研究自动器管路系统的参数对系统动态特性的影响,根据液体火箭发动机系统中流量调节器、单向阀两种典型自动器的工作原理,基于国产自主化系统仿真软件平台MWorks,采用Modelica语言搭建流量调节器—管路系统和单向—管路系统模型,并分别开展了频域特性和时域特性仿真求解。考虑到MWorks以时间为仿真变量,为实现频域特性求解,将拉氏算子设置为全局变量,并通过拉氏算子与频率的关系以及频率随仿真时间变化的函数,得到频域参数随频率的变化曲线。结果表明：在MWorks中可通过以拉氏算子为变量的陈述式方程或传递矩阵形式的频域数学模型来构建液体火箭发动机组件频域模型,并可通过组件连接的方式完成系统动态特性仿真,且仿真结果满足精度需求。     

基于回馈递推方法的导弹鲁棒飞行控制系统设计

首先将一种侧滑转弯导弹的非线性运动方程变换为适用于回馈递推方法的形式,其次利用回馈递推方法设计了导弹飞行控制器,系统的收敛性通过李亚普诺夫稳定性理论得到了严格的数学证明,然后针对作动器的位置、速率饱和对于系统性能的影响,采用非线性优化方法,避免了用通常回馈递推方法继续回推分析作动器动态过程的复杂性,得出了一种折衷考虑作动器动态特性、导弹飞行性能和鲁棒性的控制器。仿真表明了本方案的有效性。     

空间光学遥感器系统偏振测试方法探讨

随着光学遥感器的不断发展,对光学遥感器的性能要求也不断提高。遥感器系统偏振特性也逐渐为人们所重视。特别是对辐射灵敏度要求较高的光学遥感器。文章首先分析了光学遥感器偏振特性的表述及与遥感器系统辐射灵敏度的关系。讨论了系统偏振影响的因素和系统偏振补偿设计的几种考虑。最后提出了遥感器系统偏振灵敏度测试方法和应用实例。     

甲烷-乙烷混合推进剂深度过冷技术的实验研究

针对甲烷采用液氮过冷可能发生甲烷冰堵风险,提出了在甲烷中添加乙烷,制备凝固温度更低的甲烷-乙烷混合推进剂的新方案,搭建实验系统测试了甲烷-乙烷凝固温度变化规律。研究发现,随着甲烷含量提高,混合推进剂凝固温度先降低后升高。当甲烷、乙烷比例为0.71∶0.29时,混合推进剂达到最低凝固温度,约73.0 K。当采用常压饱和液氮对混合推进剂过冷时,控制甲烷含量在0.52~0.81间可避免推进剂冻结。相较于常压饱和甲烷,防冻结区的混合推进剂密度提高了24.0%~38.4%,液相存在温区增大至35.7 K~40.5 K。此外,甲烷-乙烷混合推进剂具有理论比冲高、再生冷却性能佳、结焦与积碳小等优势。所提出的甲烷-乙烷混合推进剂在火星探测等任务中具有可观的应用前景。     

过冷器热设计研究

本文比较了多种换热器热设计方法,认为差分法更适合低温换热器的设计,并举例说明了差分法在过冷器热设计中的应用。     

影响大型环模设备液氮系统启动的关键因素及在设计中采取的对策

大型空间环境模拟试验设备的液氮系统能否顺利启动是决定液氮系统设计成败的一个关键的问题.文章提出了影响单相密闭循环液氮系统启动的两个关键因素,以及如何在液氮系统设计中加以解决.通过初步调试证明,液氮系统能够很好地解决大型空间环境模拟设备液氮系统启动困难的问题.     

推进剂喷注器动态特性对燃烧稳定性及效率的影响

本论文对推进剂喷注器动态特性及高能燃烧室中喷注器不稳定工作对燃烧稳定性和效率影响的研究结果进行了综合评述。已经发现,燃烧室中的工作过程随喷注器幅频和相频特性变化的响应可以作为认识不稳定机理的判断依据。利用改变喷注器动态特性而不改变喷注和混合过程稳定因素的方法,已逐步发展了一些获得稳定性的计算方法。充分的研究表明,自激的或诱发的喷注器不稳定工作都可导致雾化和混合过程的充分变化,并能提供一个更均匀、可燃烧的混合物,同时也延长了燃烧区。     

空间环境模拟器液氮系统数学模型

大型空间环境模拟器的液氮系统庞大复杂,为满足确定控制方案、建立故障诊断模型、技术改造等的需要,建立液氮系统的数学模型是十分必要的。以某空间环境模拟器的液氮系统为例,建立了液氮系统的数学模型,分析了系统输入参数对系统输出参数影响。最后,应用这个模型,得到了一些有益的结论,提出了一种调节阀的准稳态控制方法。     

侧喷流直接力控制的运载器姿态稳定问题研究

利用侧向喷流对小型固体运载器进行姿态稳定控制具有降低运载器成本和提高起飞质量的优点。研究具有开关型姿态控制发动机的运载器的姿态稳定问题。首先分析了系统的特点和控制器设计问题,建立了控制模型。然后应用描述函数对系统的非线性特性进行伪线性化,通过几何方法分析Nyquist图中系统线性部分与非线性部分描述函数的关系实现鲁棒极限环控制器,给出控制器形式和参数范围,最后针对时域、频域综合指标,运用精英非支配解排序遗传算法对控制器参数进行优化。仿真结果表明系统具有良好的动态、稳态性能,控制器具有很强的鲁棒性。
     

KM6液氮系统可靠性分析

随着 KM6大型空间模拟器的建成和投入使用,其液氮系统的可靠性分析已十分必要。本文在分析 KM3、KM4液氮系统曾出现的故障的基础上,得到了 KM6液氮系统的故障树,并对系统的可靠性进行分析,得到了提高系统可靠性的方法。     

高超声速多体分离的Monte Carlo模拟仿真分析研究

在临近空间飞行器飞行试验任务中,运载器与飞行器之间的分离多数在临近空间发生。飞行器与箭体之间的气动特性,对分离过程的安全性有重要影响。然而,分离过程的动态特性和飞行器外形的复杂性给气动特性的正确预测造成了巨大困难,地面试验也很难验证。为此,发展了Monte Carlo打靶分析方法,在误差带宽内随机生成气动特性,通过增大气动特性的覆盖性,大大提高了气动特性对分离过程的安全性影响评估的正确性和可靠性。     

航天遥感器偏振特性研究-理论分析与软件建立

在航天光学遥感的情况下,图像的辐射质量变得非常重要.遥感器的偏振对辐射测量精度有很大影响.因此,对遥感器偏振特性的分析,成为光学遥感器设计的一个重要组成部分.本文介绍一种光学遥感器偏振特性的分析方法和分析软件.     

大型空间环模设备液氮系统冷箱设计

液氮系统是大型空间环境模拟设备中的主要分系统之一,液氮流程采用了单相密闭循环、文丘利管、液氮泵增压及阀门冷箱的结构方案。文章重点介绍了阀门冷箱的设计,这是近年来国外大型空间模拟器液氮流程发展的新趋势。     

低温推进剂深度过冷加注技术研究及对运载火箭性能影响分析

介绍了运载火箭深度过冷加注技术国内外研究现状,分析了深度过冷加注对火箭性能影响。经分析显示,深度过冷加注在降低增压系统规模、减小贮箱容积需求、降低贮箱壁厚、提高发动机预冷适应性、提高推进剂整体品质及发射适应性、缩短加注发射流程等方面均有明显作用。提出了实现深度过冷加注的关键技术及主要技术方案设计。     

基于5M1E的航天器AIT过程共性质量问题管理

文章利用“5M1E”过程管理方法,采取“由下至上”与“由上至下”相结合的识别模式对航天器产品AIT过程共性质量问题进行分析,建立统筹解决、分级治理以及成果固化的工作机制对共性质量问题进行治理。利用这些综合方法对过冷器水堵问题开展了系统治理,取得了很好的效果,证明了5MIE方法对于加强共性质量问题管理的有效性。     

气驱预压涡轮泵对发动机液氧路频率特性影响

液氧/煤油补燃循环发动机液氧路频率特性对于火箭POGO振动和发动机动力学特性具有重要的意义.以某型液氧/煤油补燃循环发动机氧路流体系统为研究对象,重点考虑气涡轮和泵动态特性的影响建立了系统线性化小偏差频域模型.应用复系数状态空间矩阵法计算了气涡轮压比、氧预压泵动态增益、燃气掺混段特性对系统频率特性的影响.研究结果表明:...