液体推进剂在轨剩余量测量方法研究进展

介绍了在轨航天器液体推进剂剩余量测量技术国内外研究进展,并展望了未来的研究方向。首先简要介绍了造成微重力条件下液体推进剂剩余量测量困难的原因;接着回顾了液体推进剂剩余量测量技术的发展脉络,将其技术发展分为技术萌芽、技术成熟和新技术探索三个阶段;然后从基本原理、误差分析、研究进展等方面综述了常用的簿记法(Book-Keeping,BK)、压力体积温度法(Pressure-Volume-Temperature,PVT)和热量激励法(Thermal Gauging Method,TGM)等液体推进剂在轨剩余量测量技术,对比分析了各种方法的优缺点;最后,展望了液体推进剂在轨剩余量测量技术的发展方向:一是利用不同测量技术在不同卫星寿命期间具有不同测量精度的特点,将多种测量技术进行结合,以提高整体测量精度;二是开发适用于卫星全寿命周期高精度测量的新方法。     

凝胶推进剂模拟液撞击雾化特性研究

为了寻求凝胶推进剂雾化机理、提高其雾化效果,开展幂律流体双股圆柱射流撞击的理论和实验研究。首先推导了幂律型流体射流撞击形成液膜的理论模型,在其中引入粘性力和能量损失。进而通过设计凝胶模拟液射流撞击实验,使用高速摄像机拍摄图像的方法进行了相关的实验研究,以验证理论的正确性。在此基础上,对撞击角度、射流速度分布及液体部分物性参数对液膜形状、厚度及速度分布的影响进行了分析,得到了相关参数的影响规律。研究结果表明,射流撞击角、速度型、液体表面张力系数、流变特性等均对液膜特性有明显影响,且流体本身的物理性质对撞击形成的液膜的影响更甚。     

适用于负过载启动的新型增压输送系统

介绍了一种适用于飞行器在负过载情况下启动的新型增压输送系统,该系统采用气液隔离方式,比国外可重复使用飞行器的增压输送系统结构质量轻、体积小,有利于提高飞行器的性能。分析了该系统的特点,给出了系统的主要性能参数。新型增压输送系统经过冷流试验和热试车的考核,结果均满足设计和使用要求。     

低温液体推进剂充填管路的数值模拟

研究了低温液体推进剂供应管路预冷充填过程的计算方法, 利用一维均相平衡态流体动力学模型和涵盖预冷过程中主要传热工况的传热模型, 考虑了低温液体推进剂的可压缩性, 用有限容积法求解管流方程, 用有限差分法求解管壁内的一维非稳态导热方程.计算了某型低温液体推进剂火箭发动机实验台系统供应管路的预冷充填过程, 分析比较了仿真与实验的结果, 为发动机和实验台系统的改进及新系统的设计提供了依据, 仿真结果及分析结论已应用于现有发动机实验台系统的改造和长距离液氢输送管道的设计中.      

固体推进剂燃烧气体摩尔数测试

以GJB 770B—2005方法702.1《气体比容压强传感器法》为基础,提出一种推进剂燃烧气体摩尔数的测试方法。利用高压差示扫描量热仪(HPDSC 8270)实验确定了水在不同压强下的汽化温度,通过提高测试工作温度(从室温提高到250℃)使燃烧产物中的水以气相存在,解决了原有测试方法中液体水质量单独测试引入的过程误差;实验中,冷却前后燃烧器中气体摩尔数之差为样品燃烧后气体中水和HCl的摩尔数之和;对于含硼富燃料推进剂,通过测试燃烧生成的水和HCl的摩尔数之和,能够为以实验结果为约束条件的含硼富燃料推进剂热力学计算提供必要的参数支持。     

AP/HTPB复合推进剂燃烧的详细化学动力学建模(英文)

采用详细化学动力学机理,为AP/HTPB复合推进剂的燃烧建立了模型。该模型包含2个步骤:前一个是数据准备阶段,后一个是求解阶段。模型中包含了完整的固相、凝相和气相三相反应机理,其中气相反应机理由37个组分和127个反应步组成。为了提高模型的求解效率,用于评估化学反应的先进算法ISAT也被应用。最终,通过与试验结果的比较可看到,所建模型是可靠和精确的,并优于以往模型。     

高背压等离子点火器及其液体燃料点火特性实验研究

航天应用的液体火箭发动机及燃烧型加热器燃烧室室压高、燃料流量大、温度低、有重复启动需求,实现安全可靠点火的难度较大。针对这些需求,研究了一种采用高背压设计的电弧等离子体点火器。实验研究了Ar,N₂气体工质在高进气压力下的伏安特性,发现N₂在宽压力范围内适用于点火。发射光谱分析表明,在高达数MPa的进气压力下,Ar,N₂等离子体射流电子密度符合局部热力学平衡判据（LTE判据）,点火能量集中。N₂等离子体整体温度低于Ar,但阳极喷口附近温度高于Ar,N₂等离子体射流火焰长,卷吸沿程空气造成射流平均温度偏低,但有助于低温液体推进剂的蒸发混合和强化点火。等离子体射流引起了臭氧和氮氧化物的形成,具有促进点火和化学反应的作用。背压提高引起电源输出电压升高,提高供气压力和电流,有助于点火器在高背压环境中稳定电压。燃烧型空气加热器燃烧室的点火实验发现,采用N₂等离子体喷注面中心点火,可以在短时间内完成酒精-空气和酒精-液氧-空气的点火,最高燃烧室室压接近5MPa时,点火器仍能稳定工作,多次使用电极烧蚀不明显,在液体火箭发动机的重复可靠点火方面具有很好的应用前景。     

低温辐射计吸收腔研制

针对高灵敏度低温辐射计研制需求,提出一种低温辐射计吸收腔.设计椭球面光阑的多次反射结构,同时采用扩散焊工艺,进而实现了椭球面光阑、斜口—斜底圆柱腔和斜底面三部分的焊接成形,以此形成有效光陷阱,使入射到吸收腔中的辐射被近似完全吸收.制备具备多孔结构的碳纳米管涂层,采用喷涂为主的工艺实现腔体内壁涂层的均匀性分布.基于积分球...     

纳米Co粉在NC基高分子体系中的分散性

为了提高纳米Co粉在含能粘合剂中的分散均匀性,并改善改性双基推进剂的综合性能,对纳米Co粉在以硝化棉(NC)为粘合剂的改性双基推进剂中的分散方法进行了研究。先将化学法制备的纳米Co粉通过超声波分散方法预分散到乙醇和乙酸乙酯的混合溶剂中,然后采用微胶囊分散工艺将2.0%～3.0%的纳米Co粉分散到以NC为粘合剂的双基推进剂基体中,得到粒径为5～15μm的球形颗粒。用光学显微镜和TEM研究了纳米Co粉在推进剂基体中的分散状态。研究表明,先采用超声波将Co粉预分散到有机溶剂中,再采用微胶囊工艺可将Co粉完全分散到以NC为粘合剂的双基推进剂基体中。     

粒子流量可调的喷管烧蚀试验方法

发展了一种保持燃气参数不变的情况下能实现粒子流量可调的喷管烧蚀试验方法,并研制了试验装置。该试验方法是将两相流燃气中的一部分粒子收集起来,以减少流经喷管的粒子流量,通过改变收集孔和收敛角的大小来调节粒子流量。采用该方法开展了变粒子流量的喷管烧蚀试验,试验结果验证了该方法是有效的,试验条件下喷管喉部平均线烧蚀率随粒子流量减小而降低。