低温推进剂贮存中SOFI和MLI实验研究

根据低温推进剂长时间在轨贮存的要求,设计并搭建了绝热系统地面验证测试装置,对绝热系统的热力学性能进行测试。针对55L贮箱,采用了泡沫绝热(spray on foam insulation,SOFI)和多层绝热(multilayer insulation,MLI)结合的复合绝热系统,分别在高真空(5×10^-3Pa以上)和大气压条件下进行了验证实验(液氮作为替代工质)。贮箱外绝热系统为15m m厚泡沫绝热层和45组多层绝热时,高真空条件下液氮日蒸发率为0.77%,多层绝热层表观热导率为1.29×10^-4W/(m·K),据此折算为液氧时日蒸发率为0.55%。将高真空和大气压条件下的实验结果比较发现,泡沫绝热层所占热阻分别为总热阻的0.19%和45.14%。     

基于等效电路低温推进剂加注系统固有频率分析

系统的固有频率的研究对流固耦合振动具有重要意义,本文基于等效电路的方法,对低温推进剂加注系统固有频率开展研究,利用MATLAB/SIMULINK仿真软件搭建等效电路进行固有频率求解,最后计算了典型加注系统管路在不同管路参数以及流体物性参数下的系统一阶固有频率,该方法更为直观地获得管路参数和流体物性参数对系统固有频率的影响规律。研究表明,加注系统的固有频率与加注管道长度有关,在管径为0.15 m下当加注管从5 m增加到25 m时其固有频率减小了22.5%,且增加蓄压器后系统的固有频率也会减小。研究结果可为低温推进剂管路设计和减振防护提供技术依据。     

火箭低温液体推进剂增压系统数学模型

针对火箭低温液体推进剂增压系统建立了数学模型,目的是为获得满足工程精度要求的飞行期间贮箱内气相空间的压力、温度以及贮箱壁壁温的变化规律.数学模型被证明有较好的计算精度,且模型能适应不同种类的增压气体,甚至混合型增压气体,能适应加注后停放期间和飞行期间的计算.     

低温推进剂温度测量的线性化处理研究与应用

通过对铂电阻温度传感器的低温特性研究及其在运载火箭低温加注管道中的热平衡状态仿真,分析影响低温推进剂温度测量精度的关键因素,并采用线性化处理和补偿的方法进行误差修正。实践表明,该方法有效提高了测量精度,实现了综合测量误差小于0.25 K的目标。     

低温推进剂与示漏气体的漏率和PPM浓度等效研究

现有漏率检测技术普遍利用示漏气体对密闭容腔的密封性能进行测试。对于贮存液体推进剂的压力容器,由于气体与液体的物性、流动状态不同,示漏气体的漏率不能等同于液体漏率,因而可能造成示漏气体漏率检测合格的产品出现推进剂漏量超标问题。基于Hagen-Poiseuille公式、理想气体状态方程、质量守恒原理和漏孔流态分析,对各种流态下的低温推进剂及气体漏率进行了理论分析,推导了低温推进剂与示漏气体间的漏率等效关系式,并针对液氧、液氢介质和氦气,开展了低温推进剂蒸汽与示漏气体的PPM浓度等效量化研究。得到的漏率等效关系式对于提高低温推进剂漏率检测工作的量化和精细化具有指导意义。     

低温推进剂在轨储存热力学排气系统TVS研究进展

在空间零(微)重力环境下,有效地控制储罐压力并尽量减少液体推进剂的排放损失是低温推进剂在轨储存的核心技术任务。空间热力环境引起的热渗透不可避免,它将使得储罐压力持续升高,然而在零重力环境下无法通过类似地面顶部排气的方法来控制压力,其严重后果是大量气液混合物被直接排放至太空。针对这一问题而提出的热力学排气系统(TVS)能够在气液位置不确定的情况下实现少量的单纯气态排放,并且充分利用所排放低温推进剂节流后的热力学焓,从而在双重作用下有效地实现了储罐压力的控制。文中从仿真理论和实验两个方面总结归纳了国外TVS的技术研究历史和现状,涉及液氢、液氧和液态甲烷等低温推进剂以及模拟流体液氮,为我国低温推进剂空间储存相关技术的发展提供参考。     

环境温度对高压储氢罐泄漏扩散影响的数值模拟

基于FLUENT软件的物种传输与反应模块建立了高压储氢罐泄漏扩散的模型,提出了研究高压储氢罐泄漏扩散的数值模拟方法.考虑到不同地区和季度温差较大,对不同环境温度下高压储氢罐发生泄漏扩散进行数值模拟.模拟结果表明:随着环境温度的升高,氢气泄漏后扩散的速度逐渐增大,但从数值上看相差较小;在不同环境温度下,泄漏口处射流速度基本相同.     

ZBO存储低温储箱内的压力变化模拟分析

低温推进剂在存储过程中,由于和周围环境存在较大的温差,热量漏入储箱后引起的低温推进剂蒸发不可避免造成储箱内的温度和压力的升高。当压力超过一定值,需要定期排空,从而造成低温推进剂损失。ZBO存储技术通过低温制冷机移出漏入储箱内的热量,可以有效地避免低温推进剂的蒸发损失。对储箱的漏热量进行了计算,并且对ZBO存储过程中储箱内的温度和压力变化过程进行了模拟。     

运载火箭剩余推进剂羽流污染量计算

应用真空技术,分析了CZ-4B运载火箭的第三级火箭在星箭分离后,贮箱内剩余推进剂排放的物理过程及推进剂排放对FY-1卫星及SJ-5搭载卫星的可能污染量,给出了问题的基本假设、物理模型和数值解法.对卫星及其副星在排放过程中所遭遇到的最大污染量,给出了计算和分析结果.     

低温扩散Mn2+制备ZnSⅩⅣMn,Cu电致发光材料

研究了不同Mn的化合物掺杂在不同退火处理条件下对ZnSⅩⅣMn,CuACEL粉末的发光亮度的影响.在低温下扩散Mn²⁺掺杂的方法,有效降低了Mn盐中其它杂质对发光的影响,和直接高温法制备的ZnSⅩⅣMn,CuACEL材料相比,提高了材料的发光亮度.     

低温储罐气相空间漏热的理论研究

低温液体在储罐内的无损储存时间是低温储运过程中非常值得关心的一个问题,而漏热量的准确确定是预测无损储存时间的关键因素。使用了大空间自然对流换热模型,对气相空间的漏热进行了研究,在此基础上,提出新的无量纲数G l。并在总结分析的基础上给出了适合工程应用的气相漏热计算公式和气相漏热实用估算表。     

低温光学系统漏热测试方法及试验研究

低温组件的漏热量准确测试对低温光学系统的设计有着重要影响。以工作温度为200K的干涉仪光学组件为研究对象,建立了一套漏热测试方法和热控方案,简化了辐射换热计算过程,通过对热真空试验数据的分析计算出了各项漏热值,分析了影响漏热的主要因素和主要漏热部位,给出了减小系统漏热的改进方案。     

Influence of ambipolar diffusion on the positive column constriction in a cryogenic discharge

An earlier theory concerning the positive column constriction is briefly summarized. This theory explains the constriction as a thermal effect: due to the heating the gas becomes rarefied near the tube axis and this results in a sharp increase of molecular ion production in the central part of the tube. The production is balanced by the dissociative (volume) recombination and the radial diffusion. The relevant equations are solved numerically for the wall temperature kept at –196 °C corresponding to the cooling of the walls by the liquid nitrogen. On example of this cryogenic discharge the influence of the ambipolar wall diffusion is examined in detail.The authors greatfully acknowledge the stimulating discussions on the subject with Dr.Karl Wojaczek.     

低温阀门冷态试验的稳态传热模拟与分析

利用有限元分析软件ANSYS对为控制20 K温度的氦气而设计的低温阀门在正常运行和冷态试验状态下的温度场进行模拟与分析。针对冷态试验状态下拉杆处出现冻结的问题,提出在上阀体处添加绝热层的方案,通过进一步的模拟计算预测其改进的效果。     

低温辐射计热结构设计与分析

低温辐射计利用低温超导下的电替代测量原理,将光辐射计量溯源到可以精确测量的电参数测量,是目前国际上光功率测量的最高基准.本文实验研究了低温辐射计的热路结构,系统分析了腔体组件与热链材料的热学特性对低温辐射计响应率和时间常数特性参数影响的机理.在此基础上,设计了由黑体腔、热链和支撑结构组成的热结构机械件,搭建了低温辐射计特性参数测试系统,并针对OHFC铜、6061铝、304不锈钢和聚酰亚胺四种不同热链材料测试了低温辐射计的时间常数和响应率,时间常数跨度为23—506 s,响应率跨度为35.5—714.8 K/W.结果表明,在腔体组件确定的情况下,通过调节热链的材料和结构,可以实现对低温辐射计特性参数的调控.实验结果对低温辐射计特性参数指标分配和指导下一代低温辐射计的研制具有一定参考价值.     

The diffusion flame structure of an ammonium perchlorate based composite propellant at elevated pressures

Examination of the surface behavior and flame structure of a bimodal ammonium perchlorate (AP) composite propellant at elevated pressure was performed using high speed (5 kHz) planar laser-induced fluorescence (PLIF) from 1 to 12 atm and visible surface imaging spanning 1–20 atm. The dynamics of the combustion of single, coarse AP crystals were resolved using these techniques. It was found that the ignition delay time for individual AP crystals contributed significant to the particle lifetime only at pressures below about 6 atm. In situ AP crystal burning rates were found to be higher than rates reported for pure AP deflagration studies. The flame structure was studied by exciting OH molecules in the gas phase. Two types of diffusion flames were observed above the composite propellant: jet-like flames and v-shaped, inverted, overventilated, flames (IOF) lifted off the surface. While jet-like diffusion flames have been imaged at low pressures and simulated by models, the lifted IOFs have not been previously reported or predicted. The causes for the observed flame structures are explained by drawing on an understanding of the surface topography and disparities in the burning rates of the fuel and oxidizer.     

间接驱动冷冻双壳层点火靶的设计和分析

双壳层靶中,由于燃料被高Z壳层包裹,其点火方式要求燃料整体点火,不同于单壳层中心热斑点火。结合点火条件和对于其中物理过程的认识,设计了间接驱动的冷冻双壳层点火靶。利用冷冻的氘氚(DT)燃料,可适当提高双壳层靶的燃料装量,获得和NIF装置条件下中心热斑点火靶相当的放能。间接驱动下,X射线烧蚀并驱动外壳层碰撞内壳层,把能量传递给内壳层,进而压缩和点燃冷冻的DT燃料。壳层碰撞过程是能量传递的关键,通过调整内外壳层的质量比,提高了碰撞效率,相应地降低了靶丸点火的能量需求。一维数值模拟分析了该点火靶的内爆过程及定性分析了其中的流体力学不稳定性。同时,也指出了泡沫中形成的辐射冲击波对内壳层的预热效应,即辐射冲击波的致稳效应,能够很好地抑制内壳层外界面处的不稳定性发展,进而会减弱高Z内壳层和燃料的混合。     

间接驱动冷冻双壳层点火靶的设计和分析

双壳层靶中,由于燃料被高Z壳层包裹,其点火方式要求燃料整体点火,不同于单壳层中心热斑点火。结合点火条件和对于其中物理过程的认识,设计了间接驱动的冷冻双壳层点火靶。利用冷冻的氘氚（DT）燃料,可适当提高双壳层靶的燃料装量,获得和NIF装置条件下中心热斑点火靶相当的放能。间接驱动下,X射线烧蚀并驱动外壳层碰撞内壳层,把能量传递给内壳层,进而压缩和点燃冷冻的DT燃料。壳层碰撞过程是能量传递的关键,通过调整内外壳层的质量比,提高了碰撞效率,相应地降低了靶丸点火的能量需求。一维数值模拟分析了该点火靶的内爆过程及定性分析了其中的流体力学不稳定性。同时,也指出了泡沫中形成的辐射冲击波对内壳层的预热效应,即辐射冲击波的致稳效应,能够很好地抑制内壳层外界面处的不稳定性发展,进而会减弱高Z内壳层和燃料的混合。