基于PXI的液体姿轨控火箭发动机试验测控系统设计与实现

针对液体姿轨控火箭发动机地面试验高精度、高风险和灵活多变的特点,设计研发了一套以PXI （PCI extensions for instrumentation）控制器为主体的发动机试验测控系统.控制系统拥有40路开关量控制能力,综合运用手动、时序和自动控制方式.测量系统拥有120路信号同步采集能力,具备故障诊断功能.测控系统软件使用LabVIEW开发,通用性良好.为增强控制可靠性,设计了面向工艺流程的试验面板,应用嵌入式控制,进行信号多级监测并引入紧急自动关机控制.为提高测量精度,对测量参数进行原位标定,提出了一种改进的干扰消除电路.该系统已多次成功应用于液体姿轨控火箭发动机地面试验,采用的设计方法有效地提高了测控系统的可靠性,测量精度和控制精度分别达到0.5%和0.1ms,能够充分满足多种类型的液体姿轨控火箭发动机对试验测控系统的要求.     

针栓式喷注器锥形液膜破碎特性试验

采用高速摄影获得了针栓式喷注器在不同喷注压降和结构参数下的表面波破碎图像,测量了锥形液膜的破碎长度和破碎时间,研究了变工况时液膜破碎长度和破碎时间的变化规律.试验结果表明:在喷注压降不变的条件下,针栓式喷注器能够实现流量的线性调节.针栓式喷注器设计时,在合理的推进剂动量比范围内,狭缝宽度应尽量取小.液膜在低工况时破碎得更快.液膜破碎长度和破碎时间均随喷注压降的增加而减小.      

固体火箭发动机流体喉部推力矢量特性

针对采用水作为二次流工质的流体喉部进行了冷流实验及数值模拟研究.研究了该种固体火箭发动机流体喉部的一般规律,包括不同二次流射流方式,不同二次流流量下流体喉部的扼流性能,推力偏角及推力效率,数值模拟及实验结果吻合较好.结果表明:扼流性能与二次流的注射位置、注射角度及流量比有关,且随二次流/主流流量比的增大而增大.喉部二次流喷射能有效的调节有效喉部面积进而调节推力大小,当流量比为0.4时,最大有效喉部面积比为0.8;扩张段二次流喷射能有效调节推力方向,当流量比为0.4时,最大推力偏角为20°;喉部二次流与扩张段二次流入射位置存在相位差可有效降低喉部与扩张段二次流干扰.      

液体火箭发动机推力室壁瞬态加载三维热结构分析

为了预测再生冷却液体火箭发动机推力室壁的应变分布,研究内壁失效机理,使用有限元法对推力室壁进行了三维瞬态热分析,在瞬态热分析结果的基础上采用多线性随动硬化模型对推力室壁进行了三维弹塑性结构分析。计算结果表明,多线性随动硬化模型能够准确地模拟推力室内壁材料的应力-应变关系;内壁温度达到稳态的时间相比外壁要短得多,在预冷、试车和后冷开始约0.1s后内壁温度便已经接近稳态;瞬态加载三维热结构分析能够确定推力室内壁最先失效的危险点的位置在喉部上游冷却通道中心;推力室壁瞬态加载三维热结构分析得到的最大残余应变比稳态加载大15.7%。     

颗粒冲刷条件下硅橡胶绝热材料烧蚀特性实验研究

为了研究颗粒冲刷条件下硅橡胶绝热材料的烧蚀规律和特性,采用一种颗粒冲刷状态可调的实验发动机,以添加有短切碳纤维和高硅氧玻璃纤维的硅橡胶为研究对象,开展了颗粒聚集浓度范围为34.5~75.3kg/m3,冲刷速度为9.4~35.9m/s,角度为19.3°~55.5°条件下的13次热试车实验,获得了颗粒冲刷状态参数和炭化烧蚀率之间的宏观影响规律,通过对试验后试件的宏观形貌和微观结构特征进行分析,初步探讨了硅橡胶绝热材料的烧蚀机理。研究结果表明:(1)和EPDM绝热材料的烧蚀规律和特性不同,实验条件下硅橡胶炭化层更厚且致密,硅橡胶材料的最大烧蚀率随颗粒聚集浓度变化较为敏感,当超过50kg/m3临界浓度值时,烧蚀率随浓度的增加而急剧增大。最大烧蚀率随颗粒冲刷速度增加而增大,并呈现出先急剧增加后缓慢增加的趋势;(2)在颗粒冲刷速度较低条件下,硅橡胶材料烧蚀率要高于EPDM的,在颗粒冲刷速度较高条件下,硅橡胶耐冲刷性能要略优于EPDM的;(3)硅橡胶的热分解温度区间约为623~989K,在烧蚀过程中,高硅氧纤维和硅橡胶分解产生的Si O2会渗透到炭化层骨架中,进一步和C反应形成Si C,从而使炭化层致密化,具备耐冲刷特性;(4)通过分析烧蚀形貌和微观特征,初步提出了三层一面(基体层,热解层,炭化层,冲刷面)的烧蚀物理模型。     

太空新航线

X-37B在轨飞行超一年3月5日,执行神秘任务的美国空军X-37B无人航天飞机悄然地在地球轨道上度过了入轨一周年纪念日。据了解,第三次X-37B飞行任务有可能在今年晚些时候发射。目前在轨飞行的是由波音公司鬼怪工程部为空军建造的第二架X-37B,称为"轨道试验飞行器"(OTV)2,任务由空     

最终极限:太空蹦极跳

当美国空军上尉乔·基廷格站在舱口的时候,他距离地面31千米,那时他或许在想,我是不是正在犯下一个致命的错误?在上升到这一高度的过程中,他的加压服手套被撑破了,而这恰恰是他活着重返地面的关键。基廷格,一个两次打破伞跳纪录的老兵,他没有告诉任何人。他知道,如果地面人员发现了,他们会取消这一行动,这是他不希望看到的。凭借着试飞     

悄然兴起的小行星探测热潮

随着科学技术的发展,人类已逐渐认识到,探测小行星具有重要意义。因此,近些年在全球掀起了小行星探测热潮,尤其是美日竞相发射小行星探测器,并取得了显著成就。与爱神亲密接触的"尼尔"1996年2月17日,美国"德尔它"2号火箭发射了世界首个小行星探测器"尼尔"(又称"近地小行星交会")探测器。它重805千克,由霍普金斯大学应用物理学实验室设计和建造,用于探     

蒙皮加筋圆柱壳扭转频率的三种计算模型

为了给火箭等加筋圆柱壳结构的简化计算提供理论基础,研究了加筋圆柱壳面积等效方法中的扭转刚度计算方法,说明了不能直接根据等效厚度计算扭转刚度的物理机理,得到了桁条对圆柱壳扭转刚度的贡献可以忽略的结论.根据等效厚度以及桁条与蒙皮连接关系的不同处理方法,给出了计算扭转固有振动频率的等效梁模型、变厚度壳模型和壳-梁模型,分析了桁条在3种模型中对刚度和质量(包括转动惯量)的不同作用.为了消除根据等效厚度计算扭转刚度和扭转固有振动频率的偏差,分别给出了扭转刚度和扭转固有振动频率的修正方法.数值结果验证了修正方法和所得结论的正确性.      

携带萤火-1的“火卫一-土壤”探测器未能按计划变轨

俄罗斯时间2011年11月9日00：16,搭载有我国首颗火星探测器——萤火-1的俄罗斯“火卫一-土壤”火星探测器（Phobos Grunt）,在拜科努尔发射场由俄罗斯天顶-2SB（Zenit-2SB）运载火箭发射升空。升空后由于“火卫一-土壤”探测器在地球轨道运行时出现故障,未能按计划实现变轨,萤火-1无法进入地火转移轨道,有可能在2012年1月坠入地球大气层。 “火卫一-土壤”探测器是俄罗斯自1996年火星-96发射失败以后的第一个火星探测项目。该任务的主要目的是采集火卫一的土壤样品并返回地球进行研究,同时对火卫一、火星和火星环境进行科学探测。“火卫一-土壤”探测器搭载了两项火星探测项目,即中国的萤火-1探测器和美国的“微生物行星际飞行生存能力实验”（LIFE）生物舱。芬兰火星“气象网”（MetNet）先遣任务原本也计划搭裁“火卫一-土壤”探测器发射,但后来由于研制进度滞后和“火卫一-土壤”探测器发射质量限制等原因被取消。整个“火卫一-土壤”项目耗资达50亿卢布（约10.5亿人民币）。