航天器微低重力模拟及试验技术

针对国内外不同类型的微低重力模拟机理、应用方法及特点进行了介绍。综述了基于气悬浮技术的多自由度模拟器的关键技术以及组合应用方法;对各种复杂航天器(包括大型空间机械臂)在微低重力模拟环境下进行的展开、编队、抓捕对接、分离以及在轨服务等典型试验应用进行了系统介绍,同时总结了针对宇航员模拟训练的微低重力环境的实现手段及其特点。最后,展望了微低重力模拟及试验技术的发展前景,并提出了多项亟待突破的关键技术。     

国外航天器推进剂在轨吹除技术跟踪研究

受大气阻力的影响,空间站长期在轨的轨道维持需要消耗大量的推进剂,因此有必要进行推进剂补给。而补给结束后的管路内残留推进剂在轨吹除,是保障空间站任务安全的必要条件。文章对国外航天器液体真空排放的研究现状进行了跟踪,重点就液体温度、压力、饱和蒸气压、液体中气体含量以及喷口尺寸外形等因素对液体排放特性的影响进行了分析和评价。在国外跟踪调研的基础上,对我国开展空间站推进剂在轨吹除的研究提出了启示。     

液氧煤油气液同轴直流离心式喷嘴的声学模拟实验研究

气液同轴直流离心式喷嘴对补燃发动机燃烧室高频燃烧稳定性有显著影响。为研究气液同轴直流离心式喷嘴的声学特性,在大气环境条件下进行了单喷嘴声学模拟实验。通过安装在模拟燃烧室外侧的扬声器激发声学振荡,利用声学探针测量燃烧室内的声压,获得了喷嘴长度、节流嘴直径对燃烧室声学特性的影响规律,确定了喷嘴长度与节流嘴直径的选取原则。     

机械——脉冲——混气电解加工技术

介绍了机械-脉冲-混气电解加工技术及其提高复制精度的途径,通过采用无间隙跟踪和有间隙跟踪方法,以及不同的混合气体比,试验研究了该技术在提高三维型面零件电解加工复制精度和表面质量方面的优越性,得出了机械-脉冲-混气电解加工技术可提高电解加工精度的结论     

分布式控制系统下APU部件和传感器的混合故障诊断与隔离（英文）

研究了分布式控制系统下辅助动力装置（Auxiliary power unit,APU）的气路部件和传感器的故障诊断与隔离（Fault diagnosis and isolation,FDI）,并在分布式控制系统中将非线性动态模型和分布式状态估计器结合起来进行了研究。分布式扩展卡尔曼滤波器（Distributed extended Kalman filter,DEKF）起到状态估计器的作用,用于估计气路部件的流动能力。DEKF拥有一个主滤波器和5组与APU的5个传感器一一对应的子滤波器,每个子滤波器产生局部状态的流动能力估计。主滤波器收集并融合局部状态信息,然后将状态估计反馈给子滤波器。在APU分布式控制结构的DEKF算法中引入了丢包模型。设计了具有残差加权平方和（Weight sum of squared residuals,WSSR）性能指标的FDI策略,并通过一次移除一个子滤波器来识别APU传感器故障。当前子滤波器的性能指标WSSR不同于剩余的子滤波器组合时,说明发生了传感器故障,并且解析余度的估计值会取代故障传感器的测量值。值得注意的是,该方法不仅适用于传感器故障,而且可以解决A...     

考虑汽化的喷嘴高温气流注水两相流动规律

针对某火箭发动机考虑汽化的注水气液两相流问题,研究了液态水的汽化机理。根据不同环境压力下水的饱和温度建立了汽化模型,编制适合于液态水的专用汽化相变求解程序,并通过添加汽化组分源项及热源项的方法将汽化相变计算嵌入到多相流场控制方程中,实现了考虑液态水汽化相变的三维多相流场求解。结合经典算例进行了对比,特征点的两相流场温度计算值和试验的误差控制在8.5%以内,验证了程序三维计算的可靠性。距火箭喷嘴不同距离横截面的两相质量转化率曲线显示,质量转化率从最低值上升到最高值,然后降低到最低值,揭示了考虑相变的气液两相相间反应转化机理。该方法可为运载火箭发射平台发射起始阶段水室的汽化降温提供参考。      

含气率对液力透平影响的非定常分析

为了研究含气率对液力透平内部压力的影响,以比转速为84.5的单级单吸离心泵反转作液力透平并对其内部流场进行CFD瞬态数值模拟,获得了气体在液力透平内的分布规律以及气液两相介质下透平内部流场的压力脉动变化规律。结果表明:从蜗壳进口到叶轮出口,含气率逐渐增加,含气率等于0.2时蜗壳出口、叶轮进口气体的尾迹效应明显,分布不够均匀。叶轮出口有气体聚集现象,气体体积分数越高,聚集现象越明显。进口含气率对透平蜗壳、叶轮内各点的相对压力分布影响明显,各点的相对压力随着透平进口含气率增加而降低。含气率小于0.05时其对透平内各监测点的压力脉动主频幅值影响不大,含气率大于0.05后其对液力透平内各监测点的压力脉动主频幅值有影响,含气率越高,压力脉动主频幅值越小。不同含气率下液力透平蜗壳周向、径向以及叶轮内的压力脉动主频均等于叶轮叶片的转动频率。      

喷头运动对水下气幕生成特性影响的研究

为了了解充液圆管内喷头运动过程中的气幕生成特性,采用高速摄像技术记录了喷头运动条件下多股燃气汇聚生成气幕过程。在实验基础上,建立了多股燃气射流在受限液体中扩展的三维非稳态数学模型,对实验工况进行了数值分析,气幕顶端扩展位移的计算值与实测值吻合较好。在此基础上,对比分析相同喷射条件下喷头运动与否对水下气幕生成特性的影响,结果表明:喷头运动,抑制了流场回流作用,增强了对气幕前端液体的推动作用,8ms时气幕运动速度由10m/s增大到11m/s;增大了喷头下游流场压力,8ms时运动喷头表面轴向受力增大了18%;降低了气幕顶部中心区域温度,但提高了壁面处温度。     

中性气体释放人工产生气辉

电离层中分子性的离子与电子的复合要比氧离子与电子的辐射性复合快得多,因此火箭发动机产生的尾气和空间等离子体主动实验中主动释放的中性气体会对电离层有很大的影响,这么大的电离层扰动现象在过去的实验中经常可以观测到.根据中性气体在热层背景中的扩散方程,考虑电离层F区主要的离子化学反应,研究了H2,H2O和CO2气体在电离层高度上的扩散过程和电离层对所释放气体的响应,计算了气辉的体发射系数和发射强度.结果表明,中性气体在电离层高度上扩散非常迅速,在F区的一些高度上,主要正离子成分由O+转变为其他分子离子,且在释放过程中伴随气辉发射,发射气辉的波长和特征与释放物质的种类有关.      

SiO2 改性ZrO2 气凝胶高温稳定性

以ZrOCl2·8H2O 为锆源,以环氧丙烷( PO) 为凝胶促进剂制备ZrO2 凝胶,将ZrO2 凝胶置于正硅
酸乙酯乙醇溶液中老化,再结合高温超临界干燥工艺制备了SiO2 改性ZrO2 气凝胶。通过对比ZrO2 气凝胶和
SiO2 改性ZrO2 气凝胶高温结构转变讨论了SiO2 改性对ZrO2 气凝胶高温结构的影响。采用FT-IR、XRD、SEM
和TEM 等分析手段对样品进行高温结构表征。结果表明:采用正硅酸乙酯乙醇溶液老化ZrO2 凝胶后,在ZrO2
凝胶粒子表面形成了一层SiO2 包裹层,这层SiO2 包裹层显著抑制了ZrO2 的扩散、成核和生长过程,高温稳定
性得以显著提高。