平面感应式脉冲等离子体推力器高速脉冲气体供给阀的试验验证

摘要： 本文针对国防科技大学的平面感应脉冲等离子体推力器（IPPT）原型机，设计了一种基于感应涡流斥力原理的快速脉冲气体供给阀.该阀采用截锥型铍青铜簧片作为执行构件，依靠簧片开启过程中弹性变形产生的弹力提供闭合所需回复力，避免了使用额外的回复力机构,使阀整体结构得到极大简化.性能测试结果表明，该阀的动作延迟时间小于35 μs.在阀腔气体压力为100 kPa时，最大单脉冲供气量为2.5 mg.响应特性和供气量特性均满足目前IPPT原型机的需求.此外，该阀可通过调节初始充电电压和阀腔气体压力实现供气量调节.该阀可以为后续推力器原型机多工况性能试验提供有力支持.     

新型四余度功率电传推力矢量控制技术

通过对现有不同类型功率电传(PBW—Power by wire)系统进行分析,根据航天运载器使用特点,提出了理想PBW系统的概念,并基于负载敏感原理提出了新型PBW系统方案。在此基础上,针对载人航天等高可靠性应用场合,提出了四余度PBW系统方案。通过仿真研究证明所提出的新型PBW系统具有比传统PBW系统更好的综合性能,是最接近于理想PBW系统的设计方案。通过对四余度PBW系统在故障情况下的工作情况进行仿真研究表明,四余度PBW系统具有两次故障工作、三次故障安全的余度等级。文中所提出的系统方案在未来大推力固体火箭发动机和氢氧发动机推力矢量控制系统中具有广泛的应用前景。     

双工位自锁电磁铁的设计与仿真

根据某型发动机系统要求,亟需研制一种具有双工位自锁功能的电磁阀以确保发动机断电时仍能正常工作。核心组件电磁铁作为自锁电磁阀最重要的部件,直接影响整个阀门的可靠性。以往型号发动机中双工位自锁电磁铁应用较少,在设计计算与仿真研究方面稍显不足,工程指导性有待加强。阐述了一种双工位自锁电磁铁工作原理,介绍了磁路设计与计算方法,使用有限元软件对电磁铁进行仿真计算,相关测试验证了设计的准确性。通过对电磁铁性能特性进行仿真研究,得到了外部参数对其影响规律。即衔铁工作气隙增大将导致吸力减小,驱动电压增大可使电磁铁动作响应时间减少、触发电流和电流储备系数增加,作动裕度有所提高。由此得到了一种具有工程指导意义的双工位自锁电磁铁设计方法。当前该方案电磁铁已用于某型液体火箭发动机中,并通过多次地面热试车考核。     

500吨级液氧煤油发动机结构动态特性

为获得我国载人登月运载系统用500吨级液氧煤油发动机结构动态特性,采用有限元方法对发动机整机结构进行了模态计算分析,并对影响结构动态特性的相关因素进行了分析,获得了发动机的模态参数以及优化结构低频特性的有效途径。针对该发动机零部组件多、结构复杂度高的特点,采用子结构有限元模型组装并结合部分组件试验的方式建立了整机结构的有限元仿真模型。计算结果表明,在目前设计状态下,发动机的首阶模态频率约为8.8 Hz。进一步优化表明,通过增大工艺拉杆倾角,可显著提升伺服回路在相应方向上的横向刚度,从而使该方向上的模态频率得到大幅提升。     

减压阀启动振荡分析与抑制研究

为了解决某型姿控发动机减压阀压力振荡导致阀芯密封面损坏,进而影响调压功能的问题,对其启动过程出口压力振荡和抑制方法进行了研究.基于AMESim仿真平台建立了减压阀仿真模型,分析了阀芯行程和限流孔对减压阀启动特性的影响,结果表明:减小阀芯行程和增加限流圈均有利于抑制减压阀启动过程出口压力振荡.基于此优化了阀芯行程,并在入...     

大推力姿控发动机推进剂控制阀流场分析

采用数值分析与试验研究相结合的方法,对姿控发动机控制阀内部流场进行分析.数值计算与试验数据相吻合,可以认为数值分析能够较真实地反映控制阀的内部流动特性.对流场参数的分析表明：来流撞击阀芯和阀口收缩节流,是控制阀内流动能量损失的两个主要环节,在结构设计中应尽量避免;另外,流道截面的连续性及流动空间的充分性也是控制阀内部结构设计需要考虑的重要环节.     

宇宙真空测量的理论与技术

在行星上和在航天器上测量行星表面同一时刻、同一位置的大气密度,会得到不同的测量数据,必须经过坐标系转换把航天器上的测量数据转换成行星坐标系的数据才可和地面观测数据比较。文章系统地归纳了宇宙真空测量的理论与技术,改正了相应的坐标转换公式,对之进行了合理性讨论,推导出分子流密度和大气压强的转换公式并建立了地面校准宇航速度定向分子流压强及压强的模拟理论,形成了比较完整的宇宙真空测量理论体系。从该理论体系出发,提出了宇宙真空测量技术方案的建议。     

一种高稳定度帆板驱动系统的T-S模糊复合控制器

为减少帆板驱动机构（SADA）对太阳帆板挠性模态的激励作用,以扰动力矩较小的永磁同步电机(PMSM)作为驱动源,提出一种T-S模糊控制与校正网络相结合的控制方法。利用校正网络增加系统的相位裕度和增益,并通过T-S模糊控制器降低系统的超调和非线性摩擦的影响,从而有效抑制太阳帆板的振动。通过圆判据对带有此控制器的驱动系统进行了稳定性证明,很好地解决了模糊控制系统在摩擦扰动下难以进行频域理论分析的缺陷。仿真结果表明,在非线性摩擦等扰动的影响下,该控制方法能够很好地抑制太阳帆板引起的挠性振动,提高系统的速度精度和稳定度,具有较好的动态性能。     

地球静止轨道卫星SADA热设计及高温工况温度分布研究

针对地球静止轨道卫星SADA轴系周向或轴向温度梯度过大导致卡死的故障情况,开展某卫星SADA热设计、热仿真及太阳模拟器光照试验研究。采用挡光板及均温措施等热设计减小SADA温度梯度及外热流影响。试验外热流模拟冬至工况,舱内边界温度25℃,通过在其内部和外部布置88个温度测点,得出SADA内部的电缆束、功率盘片及电刷温度较高。轴系两端面周向最大温差分别为1.2℃和8℃,轴系两端面最大温差6.8℃。在此温度环境下,SADA工作正常,证明了其本身及热控设计的合理性。热仿真计算结果与试验结果一致性较好。研究结果还得到了在轨数据的验证。SADA数学模型、试验方法和结果可为后续型号不同工况条件工作的SADA提供热设计指导。     

基于虚拟仪器和PXI总线的电磁阀控制系统研制

为满足姿轨控火箭发动机快响应电磁阀的高精度脉冲控制需求,研制了一套基于虚拟仪器和PXI总线的脉冲控制系统。该系统选用成熟PXI总线硬件平台,设计可靠的电磁阀驱动电路,在LabVIEW图形化编程环境中完成控制软件的设计开发。经过全面的系统测试和验证后,控制系统多次应用于发动机地面试验中,表现出性能优良、可靠性高的特点,实现了快响应电磁阀的高精度脉冲控制。