弱浮力下导线绝缘层着火先期特性的研究

本文在低压弱浮力环境中模拟了微重力过载电流时导线绝缘层的着火先期过程,研究了压力对绝缘层着火先期特性的影响。结果表明,2 A时,绝缘层的温升率和最终平衡温度随压力降低而不断增大,模拟出了微重力下绝缘层的温升特性;10 A时,随着压力降低,绝缘层存在三种破坏机制;在不同区域压力对着火延迟时间的影响不同。最后,提高环境氧气浓度修正了低压对化学反应速率的抑制。结果表明,当压力在一定范围内降低时,随着氧气浓度的提高,绝缘层的着火极限范围拓宽,着火延迟时间缩短,可以初步模拟微重力下绝缘层的着火先期过程。     

SJ-10卫星导线特性箱实验装置研制

为了研究微重力条件下导线绝缘层着火先期征兆和着火早期烟的析出和烟气流动规律,研制了SJ-10卫星导线特性箱有效载荷实验装置。该装置可实现对导线的恒流过载加热,并采用先进的测试技术,获得导线着火先期征兆和烟气浓度分布。地面验证实验表明,该装置安全可靠,同时能充分利用空间实验能力,保障科学目标的实现。     

北京环线岛式车站两种排烟模式对烟气流动规律的影响

本文针对北京地铁环线的一个典型岛式车站内发生火灾时两种排烟模式下烟气的流动规律进行了数值模拟研究.通过CFD方法模拟了地铁火灾时的气流场和温度分布以及烟气浓度分布,由此分析比较了当地铁站台中部发生火灾,两种排烟模式下烟气的温度分布和扩散特性.模拟结果表明,车站风机与相邻区间风机同时排烟的模式对于火灾烟气扩散的控制效果要好一些.     

介观尺度下活性炭微粒的光镊捕捉、点火和扩散燃烧特性研究

为探索介观尺度下固体燃料微粒的燃烧现象,本文提出采用光镊工具对活性炭微粒进行捕捉、悬浮、定位,再通过激光点燃,研究其着火及扩散燃烧特性.介观尺度燃烧室中,光镊捕捉7.0μm活性炭微粒的最低捕捉功率为3.2 mW,捕捉速率范围为103.7—70.0μm/s;活性炭微粒在静止气流中的最低点火功率为3.2 mW,颗粒的等效粒径、周长、面积和圆形度对最低点火功率影响甚微,点火延迟时间约48 ms,提高点火功率,点火延迟时间缩短,最小点火延迟时间小于6 ms;活性炭在着火后先发生无焰燃烧,紧接着发生有焰燃烧,无焰燃烧的扩散燃烧速率满足粒径平方直线规律,其燃烧速率范围为15.0—8.0μm/s;有焰燃烧的火焰面积和强度随燃烧时间发生闪烁,其闪烁频率约29.1 Hz.对于粒径为3.0μm的活性炭微粒,从加热到完全燃烧殆尽所需时间约0.648 s.结果表明:对于聚焦后的高能激光束点燃活性炭微粒的着火属于联合着火模式,在挥发份析出之前,活性炭非均相着火而发生无焰燃烧,挥发份析出后被点燃发生均相着火,火焰面始终保持圆形.     

弱浮力下导线绝缘层早期燃烧特性研究

本文在低压弱浮力环境下,研究了压力和氧气体积分数对过载电流下导线绝缘层燃烧前期碳烟析出特性及温升特性的影响。结果表明,典型弱浮力(10~(-2)g)下碳烟析出过程由绝缘层完好阶段和绝缘层破坏阶段组成,且随着氧气体积分数的增大,总反应时长呈近乎线性减小,而峰值温度则加速上升。低压环境(低于10 kPa)下,即浮力小于10~(-2)g,压力大小为影响绝缘层碳烟析出过程的主要因素,压力越低,热量不易逸出,绝缘层温度越高,破裂越快,但烟气析出量逐渐减少。     

10T脉冲磁场的亥姆霍兹线圈热和力分析

亥姆霍兹线圈在产生数十T的准静态脉冲磁场的装置中得到广泛应用。以自行研制的一套用于磁压剪实验技术的脉冲磁场发生系统的亥姆霍兹线圈为研究对象,结合装置的电参数,利用有限元软件ANSYS对装置放电过程中线圈的热和力进行了仿真研究。研究结果表明,当装置在线圈中产生上升时间约1.34 ms、幅值14.37 kA的放电电流和10.7 T的磁场时,线圈中的最大温升约150℃,最大应力近0.5 GPa,铜导线中的最大应力约0.2 GPa,线圈导线变形位移小于0.05 mm。基于分析结果,在线圈制作时,选择绝缘层耐温超过200℃、抗拉强度0.5 GPa的铜导线作为线圈绕线,选择抗拉强度达5.8 GPa的柴龙纤维绕制在铜导线外层进行加固,并制作了相应结构的亥姆霍兹线圈对。利用该线圈对进行的放电实验测试结果表明,在满足设计指标的情况下,线圈对结实可靠,可重复使用。     

煤炭自然发火产生明火燃烧的分岔分析

基于煤氧复合作用学说,建立了炭粒填充床燃烧的数学模型,研究了炭粒自然发火发生明火燃烧的分岔特性,揭示了炭粒由自燃发生明火燃烧本质上属于气相反应.在气相反应区,忽略多相反应区的影响,应用数值分岔理论,以Frank-Kamenetskii参数为分岔参数对气相着火-熄火的发生进行了分岔分析,指出了炭粒自燃向明火转捩的分岔曲线包含稳定的着火分支、熄火分支及非稳定状态分支共三个分支,分析了其着火和熄火的非线性特性,得出了发生气相反应的条件,并探讨了方程中的其他控制参数对炭粒发生明火燃烧过程中着火-熄火分岔特性的影响.     

微圆管壁面材料和厚度对甲烷催化着火的影响

对负载Pt催化剂的微圆管内CH_4的催化着火进行了非稳态和稳态模拟,重点研究了壁面材料和厚度对CH_4催化着火所需预热温度(表征着火温度)、着火时间、系统稳定时间以及极限着火条件的影响。非稳态研究结果表明:CH_4催化着火所需的预热温度与壁面条件无关,但着火时间和系统达到稳定状态所需的时间受壁面条件的影响较大,壁面热容量(mc)越大,着火及系统稳定时间越长;当壁面导热系数较小时,CH_4的催化着火发生在微圆管出口处,反应峰值区域随时间逐渐向进口移动,当壁面导热系数较大时,着火发生在进口处,且峰值反应位置不变。稳态结果显示,壁面轴向上热量的回流(大的导热系数和适当的壁面厚度)可以有效地拓宽甲烷的极限着火范围。     

正常金属/绝缘层/s波超导隧道结中绝缘层对微分电导的影响

在正常金属／绝缘层／s波超导隧道结（NIS结）中，以方势垒描述绝缘层对准粒子输运的影 响，运用Bogoliubov_de Gennes（BdG）方程、Blonder_Tinkham_Klapwijk(BTK)理论，计算 了NIS隧道结中的准粒子输运系数和微分电导.研究表明,微分电导随绝缘层厚度的变化呈振 荡和衰减两种趋势，其振荡的周期和衰减的快慢均强烈地依赖于绝缘层的势垒值以及V=Δ ₀/e的偏压值，电导峰的高低及峰的位置与绝缘层厚度密切相关，显示了比δ势 描述更为丰富多彩的隧道谱. 关键词： NIS结 方势垒 微分电导     

PVA栅绝缘层浓度对P3HT有机场效应晶体管性能的影响

采用溶液制备法制备了用PVA作为绝缘层、P3HT作为有源层的有机场效应晶体管,,研究了不同浓度PVA栅绝缘层对器件性能的影响。实验结果显示,以质量分数为8%的PVA溶液制备的栅绝缘层具有最好的性能,器件的场效应迁移率为0.31 cm²·V^-1·s^-1,阈值电压为-6 V。进一步分析了PVA栅绝缘层浓度对器件性能提高的原因,结果表明,对于制备溶液化的有机场效应晶体管,选取合适的PVA栅绝缘层浓度非常重要。     

Study on unsteady molten insulation volume change during flame spreading over wire insulation in microgravity

Tests with flames spreading over wire insulation in microgravity were performed at varying external opposed flow conditions to examine the influence of flow velocity in the time dependent volume change of molten insulation. In the experiments, low density polyethylene insulated Nickel–chrome wire specimens were used and the oxygen concentration was fixed at 30% (N₂ balanced). The results show that the time dependent changes in molten insulation volume are related to the opposed flow velocity. Further, as opposed flow velocity increases, the volume change rate decreases monotonically. By subtracting the volume change rate from the volume supply rate from the solid part to the molten part, which is calculated by multiplying the rate of spreading of molten insulation at the leading edge by the cross sectional area of the insulation, a pyrolysis volume rate for the polyethylene was established. The pyrolysis volume rate is defined as the amount of consumed molten insulation volume per unit time. After these calculations, it was found that the pyrolysis volume rate increases monotonically with increases in the opposed flow velocity. Further, numerical calculations of time dependent volume change in the molten insulation at different flow velocities were made. The numerical results show good agreement with the experimental results of the molten insulation volume change during the 0–4.5 s of microgravity measured here. By using the numerical calculations for this initial short period, the time dependent volume change in molten insulation during longer-term microgravity is predicted. The calculated results show that the volume finally reaches a steady state value in flow velocities of 10–250 mm/s investigated here. These results provide insight into the mechanism of flame spreading over wire insulation, especially the unsteadiness of the flame in flame spreading events.     

不同重力下窄通道内薄材料表面的火焰传播

在常重力下模拟微重力燃烧对载人航天器的火灾安全具有重要意义.窄通道就是这样一种可以有效限制自然对流的模拟设施.但是,不同重力下火焰传播的相似性仍然是有待研究的问题.本文用实验和数值模拟的方法,比较了不同重力下有限空间内热薄材料表面的逆风传播火焰.不同重力下火焰形状和火焰传播速度的比较表明,1cm高的水平窄通道可以有效地限制自然对流,在常重力下用这种通道能够模拟微重力下相同几何尺寸的通道中的火焰传播.因此,在地面上首先利用水平窄通道,模拟相同环境中的微重力火焰传播,然后考虑通道尺寸变化对火焰传播的影响,有可能成为地面模拟其他尺寸的空间中的微重力燃烧的方法.     

基于拉曼光谱的电线绝缘材料老化状态评估

电线绝缘材料老化状态的准确评估有助于减少因电线绝缘老化引起的火灾,该实验基于拉曼光谱检测平台及自行搭建的老化设备,对13种电线绝缘材料(聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚四氯乙烯、尼龙、亚大尼龙、聚氨酯、乳胶、聚全氟乙丙烯树脂、橡胶、聚乙烯、聚氯乙烯、硅胶、进口硅胶)进行加速温度老化以及加速紫外老化试验并定期检测,温度老化10个时间段,时间间隔为32 h,每个老化时间15个样本数据,获得温度老化的每种材料共150个样本光谱数据;紫外老化13个时间段,时间间隔16 h,每个老化时间15个样本数据,获得紫外老化的每种材料共195个样本光谱数据。依据老化时间段,温度老化分为10类,紫外老化分为13类,采用线性回归分类和支持向量机对原始光谱数据进行分类,两种分类算法准确率均在80%以上的材料有尼龙、聚氨酯、特氟龙、橡胶等,但部分材料的分类准确率却低于70%,在对原始光谱数据进行支持向量机分类时,由于样本数量多以及光谱维度高,支持向量机分类所需时间较长,为进一步提升分类准确率以及分类速度,对原始光谱数据进行迭代自适应加权惩罚最小二乘法、五点三次平滑等预处理方法,采用PCA压缩,样本光谱维数从2 048维降至...     

On the existence of steady-state gaseous microgravity spherical diffusion flames in the presence of radiation heat loss

Whether steady-state gaseous microgravity spherical diffusion exist in the presence of radiation heat loss is an important fundamental question and has important implications for spacecraft fire safety. In this work, experiments aboard the International Space Station and a transient numerical model are used to investigate the existence of steady-state microgravity spherical diffusion flames. Gaseous spherical diffusion flames stabilized on a porous spherical burner are employed in normal (i.e., fuel flowing into an ambient oxidizer) and inverse (i.e., oxidizer flowing into an ambient fuel) flame configurations. The fuel is ethylene and the oxidizer oxygen, both diluted with nitrogen. The flow rate of the reactant gas from the burner is held constant. It is found that steady-state gaseous microgravity spherical diffusion flames can exist in the presence of radiation heat loss, provided that the steady-state flame size is less than the flame size for radiative extinction, and the flame develops fast enough that radiation heat loss does not drop the flame temperature below the critical temperature for radiative extinction (1130 K). A simple model is provided that allows for the identification of initial conditions that can lead to steady-state spherical diffusion flames. In the spherical, infinite domain configuration, the characteristic time for the diffusion-controlled system to effectively reach steady-state is found to be on the order of 100,000 s. Despite a narrow range of attainable conditions, flames that exhibit steady-state behavior are observed aboard the ISS for up to 870 s, even with the constraint of a finite boundary. Steady-state flames are simulated using the numerical model for over 100,000 s.     

载人航天器舱壁温度动态分析

本文分析了采用三层结构舱壁的载人航天器在轨飞行时由于热辐射环境的变化引起的舱壁温度波动及温度分布,数值计算结果表明内防护层的温度分布比较均匀,受外部辐射变化影响很小,而对内部空气温度的波动响应比较大。并根据此结果提出了地面模拟的简化模型,分析了模型时间常数的影响因素,用数值计算验证了缩小实验周期的可能。     

Methods for improving the microgravity environment onboard automatic spacecrafts for microgravity investigations

It is shown that none of the domestic spacecrafts on which microgravity experiments can be performed satisfy the requirements for experiments on the physics of liquid and space materials science by the level of their onboard microgravity environment. The necessary level of microgravity environment for such experiments is ～10^?7 g ₀. Procedures for decreasing the microgravity onboard a prospective spacecraft intended for microgravity studies to a level necessary level are proposed.     

超高速撞击声发射信号在载人航天器加筋结构的传播特性实验研究

为研究超高速撞击声发射信号经过载人航天器加筋结构后的传播规律,分别在平板结构和加筋结构上模拟高速撞击实验,利用传感器阵列采集高速撞击产生的声发射信号。结合小波和傅里叶分析方法从板波模态、频域以及时域三方面分析加筋结构对声发射信号传播特性的影响,并研究成坑和穿孔损伤模式下声发射信号的传播规律。结果表明:加筋板中的信号高频部分比平板中高频部分能量少,筋体对信号高频部分有滤波效果。加筋结构受高速撞击产生穿孔损伤时,S0模态声波的能量增多。研究成果可为载人航天器结构的高速撞击感知与定位技术提供有利参考。      

载人航天器自动化测试系统设计与应用

针对现有航天器测试不具备流程化、自动化程控的问题,提出了一种载人航天器自动化测试系统。该系统以测试项目模块化思想为依托,提供了测试子项目设计平台,自动生成测试程序、测试细则文档,自动执行测试程序并实现无人值守,在出现异常时根据程序设计自主跳转或等待人工决策,实时记录测试过程信息,测试结束后自动生成测试报表并评估当前测试是否有效通过。对系统方案、接口方式、部署及管理模式进行了分析,通过型号测试进行了试验验证,该系统实现了测试各阶段流程化、自动化程控,提高了测试效率。     

多航天器并行测试综合显示平台的设计与实现

为解决载人航天器并行测试遥测数据集中判读和关联分析问题,提出一种支持多航天器并行测试的综合显示平台设计方法。对多航天器并行测试方案进行研究,对综合显示平台总体架构进行设计。平台采用插件式程序架构便于功能扩展,采用脚本引擎技术提高平台可配置性,采用MVC设计模式增加页面编辑的可维护性,采用多线程技术和定时器策略实现海量数据的实时显示。平台具备图形页面、列表页面、曲线页面显示功能,可以实现常规数值显示、报警监视及源码、序列显示,同时,支持测试数据本地保存与回放判读。综合显示平台已应用于载人航天器全阶段地面测试和某型号航天器在轨交会对接任务中,应用效果良好。