基于气相色谱法的电推进航天器氙气泄漏检测系统

为了能够对电推进航天器加注后的泄漏进行检测,对氙气泄漏检测方法和关键技术进行研究,研制了一套基于气相色谱法的氙气泄漏检测系统。试验结果表明,氙气体积分数在1×10-7~5×10-4之间时,系统可以定性定量判断氙气的真实泄漏量(1.0×10-5~5.0×10-2 Pa·m3·s-1);而当氙气体积分数超过5×10-4时,则应定性判断电推进系统有大泄漏(泄漏量10-2 Pa·m3·s-1)。检测系统能够满足电推进航天器加注后泄漏检测任务的要求。     

卫星单元肼推进系统落压工作特性的数值仿真与试验

以风云三号(FY-3)卫星为研究对象,提出了一种卫星单元肼推进系统落压工作特性的数值仿真法。根据简化的推进系统物理模型,建立了贮箱、管路、自锁阀与过滤器,以及推力器的仿真数学模型。计算了四种不同工况下的落压工作特性。计算结果与FY-3卫星推进系统热试车试验数据的比较表明,两者相当吻合。由此验证了该数值仿真法的准确性和工程推广应用的可行性。     

动力系统大气垫容积启动充填仿真及试验研究

应用AMESim系统建模和仿真软件并考虑减压阀出口不同节流孔板孔径节流能力,建立了贮箱加注仅为满载加注量40％条件下的系统启动充填过程仿真模型。计算了电爆阀打开后贮箱出口压力变化曲线,获得系统初始充填时间。依据仿真结果结合系统实际情况完成系统冷试验证试验,试验结果与仿真计算数据基本一致。     

面向空间电推力器的氙气供给系统发展综述及展望

在阐述氙气供给系统组成与分类基础上，将传统氙气供给系统和先进氙气供给系统按照机械减压型、开关控制型和比例控制型三种类型进行梳理，提炼了氙气供给系统中涉及到的关键技术，如建模与仿真技术、流体控制部件技术及系统集成技术，并对其研究现状进行了概述。对氙气供给系统的发展现状和发展趋势进行了总结，重点对国内外氙气供给技术的差距进行分析，给出了我国电推进氙气供给系统的发展建议。首次全面、系统地对面向空间电推力器的氙气供给系统进行综述、总结和展望，对于氙气供给技术的研究具有重要的参考价值。     

卫星电推进系统力学环境试验工装设计

研究了一种卫星电推进系统进行力学环境试验的工装设计方法,进行了工装结构建模、结构强度与试验载荷的分析以及建立在仿真计算结果上的结构优化设计,并通过试验验证了该项设计的合理性。     

电推进系统空间试验技术研究

电推进系统的相容性、空间推力/比冲等是空间应用关注的重要性能指标。根据电推进系统未来空间试验技术发展趋势,调研了国内外离子、霍尔电推进系统的推力、电磁兼容性、对卫星的污染等空间试验情况,结合我国电推进系统首次开展空间试验现状、电推进系统的布局,以及星上配备的卫星污染与电位监测器,对空间环境条件下卫星的污染、电推进自身及卫星设备的电磁兼容性、空间推力标定方法、推进剂剩余量分析方法等进行了研究。通过电推进系统在轨连续试验、电推进羽流影响等分析,得到电推进对卫星周围污染情况、电推进与卫星平台的电磁兼容性等在轨性能参数,可为全面评价电推进系统技术、科学制定电推进空间试验计划及电推进空间应用提供依据。     

卫星气体工质剩余量高精度显式计算方法

为获取卫星气体工质在高压下的剩余量,研究气体密度的不同算法,结果显示:基于理想气体状态方程的密度计算在高压下存在误差;Redliche-Kwong（RK）方程对氮气密度的计算与NIST数据库查询结果最为接近。为在判读卫星实时遥测数据期间快速获取气体工质剩余量,基于数学拟合公式提出一种气体工质剩余量的显式计算方法,并采用气瓶容积随压力变化的线性模型对气瓶膨胀的影响进行修正。地面试验结果表明,该显式计算方法与实际测试结果符合良好,气瓶随压力的膨胀量呈线性变化,气瓶容积修正能够有效减小计算结果的误差。该方法针对某卫星冷气推进系统的计算结果显示,计算剩余量的不确定度为180 g,相对不确定度为0.62%。     

一种测试带压条件下MON-1饱和蒸汽压的新方法

为了解决采用一般方法不能测定带压条件下液体物质饱和蒸汽压的难题,研究、开发出一种新的测试方法。设计、加工了试验装置,实测得到一定温度和压力条件下MON-1的饱和蒸汽压值,并与拟合方程计算值和相关文献数据进行比较,结果表明该测试方法可行、精确、可靠。     

液体推进剂的新型加注方法

常规液体双组元推进系统通常采用挤压加注方法,挤压介质一般为氦气,受氦气在液体推进剂特别是氧化剂中溶解特性的影响,加注过程中会出现氦气析出现象,这对加注过程本身以及推进系统后续使用均造成不可忽视的影响。为彻底解决该问题,对氦气在MON-1中的溶解特性进行了研究,模拟加注过程中的压力变化开展了氦气析出试验,在此基础上提出一种基于气动隔膜泵的加注方法,并完成加注约1 t推进剂、时长4 h情况下无氦气夹气的试验验证。为推进剂及相关模拟液的加注提供了一种新选择,试验表明该方法彻底解决了推进剂夹气问题,尤其适用于长时、大容量推进系统的推进剂加注。     

卫星姿态控制和反作用控制用单组元推进剂供应系统的落压过程和水击过程

本文对卫星姿态控制和反作用控制用单组元推进剂供应系统的落压特性和水击特性进行了试验研究,并用理论模型模拟了落压过程,计算结果与试验数据非常吻合。试验测得的过滤器和隔离阀的摩擦系数是与压力有关的,这些组件的压降与其入口压力的相关关系必须予以考虑,以便获得准确的模拟解。在推进剂供应系统落压式工作的初始阶段,系统中压力下降的速度很快。隔离阀对水击压力波有显著影响,它提高了水击压力波的峰值和频率。     

泵试验的水温和水密度修正

介绍了泵闭式试验系统和相关标准对试验介质的要求,论述了泵试验对水温的控制要求,给出了常温清水的密度和饱和蒸汽压依随温度的拟合公式,对正确应用泵相似换算定律和水密度修正做了详细地阐述,结合发动机泵试验的特点,提出了经济的水温控制建议。     

CPL蒸发器多孔芯内传热传质的非稳态数值模拟

基于多孔芯内局部热力学平衡的假设，考虑了Brinkman和Forchheimer对Darcy定律的修正模型，针对简化的物理模型中所包含的气液相区域，建立了二维分层饱和多孔介质模型，以甲醇为工质对CPL，蒸发器毛细多孔芯内的传热传质过程进行非稳态数值模拟。在不同的热负荷条件下预测气液分层界面的形状和位置、系统由初态达到稳态过程的持续时间，讨论压力和温度的分布。由两层饱和模型所得到的计算结果可知．CPL系统在启动时，为避免高热流时液体脱离多孔区而发生干涸，宜采用小负荷启动；采用预热器，改善蒸气的出口条件；增加蒸发器入口处的工质的过冷度，有利于增加CPL系统启动过程和变工况时的稳定性。文中分析结论为CPL系统的优化设计提供参考。     

真空室压升法测量液态工质漏率可行性分析

文章旨在探讨压升法测量液态工质漏率的可行性,研究液体泄漏的试验方法。首先根据液体饱和蒸气压的理论分析,得出液体挥发引起的定容压力增量;之后通过微进样系统,采用真空室静态升压方法,分别以全氟三乙胺和乙二醇水溶液为研究对象进行试验分析,研究得出漏入液体量V与压力变化ΔP成线性关系,与理论分析计算结果相符合,证明了压升法测液态工质漏率的可行性;最后提出了微量采样系统进行比对测量液态工质漏率的压升试验方法及计算公式。研究结果表明,压升法可有效地测量液态工质漏率,为液体的流动试验研究提供参考依据。     

空间碎片撞击气瓶穿孔孔径预测公式研究

星上压力容器中储存有高压气体或液体,在受到空间碎片和微流星体超高速撞击时可能发生灾难性事故。文章采用均匀实验设计方法对星上常用高压气瓶的超高速撞击仿真方案进行了试验设计,并通过LS-DYNA仿真软件对其进行了超高速撞击数值仿真,获取了不同参数的弹丸撞击气瓶时气瓶器壁穿孔孔径。通过对器壁穿孔孔径的数据拟合,建立了无防护情况下气瓶器壁的穿孔孔径预测公式。与试验结果对比表明,建立的穿孔孔径预测公式具有一定的预测精度。     

航天器密封管路的气态工质与示漏气体 漏率等效关系研究

利用多种气体分析仪,采取四级质谱定量分析技术,分别测定He、N₂、N_e、CF₄、Kr等气体在不同入口压力下通过不同的人造漏孔的漏率;经过对同工况下气体间漏率比对,研究气体间漏率等效关系。试验结果表明:气体在不同工况下处于不同的流动领域,且其漏率与入口压力存在着不同的数值关系,经分析试验结果得出适用于气体全流域的漏率经验公式;气体间漏率的等效关系在低漏率及高漏率端始终呈平滑的线性关系,而在中间的过渡区域呈四或五次多项式关系;但是CF₄与H_e的漏率等效性呈线性关系,显示出多原子分子与单、双原子分子在粒子输运过程中存在着差异。试验结果为示漏工质漏率指标的制定提供了基础数据。     

Development of hall thruster propulsion system for STSAT-3 application

Science and technology satellite-3 (STSAT-3) is being developed and is scheduled for launch in 2011. One of the primary objectives of its mission is to verify the performance of a hall thruster propulsion system (HPS) that uses xenon gas. According to its major functions, the HPS can be divided into several sub-modules. This paper presents the development and qualification of the hall effect thruster propulsion subsystem that includes a xenon feed system (XFS). The xenon feed system regulates the pressure down from the xenon propellant tank and supplies the xenon flows to the anode and cathode. The technology and xenon feed system developed for the STSAT-3 spacecraft will also be applicable to a variety of future electronic propulsion systems and micro-satellites. Details related to the overall development and performance results of the HPS are presented in this paper.     

挤压式供应系统气瓶压力仿真

以挤压式液体火箭发动机为研究对象,对发动机推进剂供应系统工作过程进行了理论分析,利用AMESim软件建立了仿真平台,计算了发动机工作过程气瓶压力。将仿真计算结果与试车数据进行对比,结果表明仿真计算结果与试车数据一致性较好,验证了仿真模型建模思路的正确性,为气瓶压力计算提供了一种方法。     

电位主动控制试验装置供给单元的研制

为满足货运飞船表面电位控制的要求,研制了一种适用于航天器表面电位主动控制试验装置的供给单元。该供给单元重量轻、体积小、结构紧凑,具有氩气储存和微流量输出的功能,实测漏率≤1×10-4 Pa·L·s-1。根据实测漏率数据和流量控制器的流量压力特性,建立供给单元输出氩气流量、气瓶压力随时间变化的数学模型,计算得出其有效在轨工作时间约为360 s。以上结果表明,该供给单元的在轨储存能力和微流量输出能力均可以满足任务需求。