空间低温冷屏蔽系统及表面温度分布研究

提出一种"空间冷屏蔽系统"模型,通过空间深冷剂的相变制冷可使空间飞行器表面温度低于100 K,30 min内使表面红外辐射强度低于0.5 W/m2;进而建立三维气液分离储液模型,并对分层储液结构进行单元传热数值模拟,分析单元模型的不同传热边界条件,将换热经验关联式应用于稳态传热数值模拟过程,从而获得冷屏表面温度及热流随液位变化的分布规律;然后建立单元实验模型并进行实验分析.模拟计算及实验结果表明:当分层储液高度小于100 mm时,实验温度梯度与数值模拟结果相似;实验系统的表面温度在地面15 min以内、空间30 min以内可以满足低温红外辐射特征要求;太阳能辐射强度和毛细材料对表面温度分布的均匀性及液氮维持时间有一定的影响.

低温冷屏蔽系统流场数值模拟研究

提出一种以低温深冷剂相变制冷为原理的冷屏蔽系统技术,即通过深冷剂的相变制冷使物体表面温度降低从而降低红外辐射特性,进而建立三维立体模型并对模型进行单元流场及系统模型流场数值模拟。模拟结果表明,单元模型流场内温度分布梯度满足系统表面温度分布要求,流场参数变化幅度满足系统分层高度要求;系统模型流场参数分布满足变压出口条件,模型内流场参数保持稳定且变化幅度小;系统出口大小满足稳定状态下产生节流效应时所要求的出口大小;模型结构参数能够满足冷屏蔽系统原理要求。

低温冷屏蔽系统单元模型数值模拟

提出了一种以低温深冷剂相变制冷为原理的冷屏蔽系统技术,即通过深冷剂的相变制冷使物体表面温度降低从而降低红外辐射特性。据此建立三维立体模型并对模型进行单元传热及流场数值模拟。结果表明,通过控制冷屏蔽系统内制冷剂饱和蒸汽压力能有效控制饱和液体的蒸发温度进而控制系统表面温度,使系统表面温度分布满足低红外辐射特性;分层蓄液方式能够有效提高传热效率,防止由于制冷剂过度集中所引起的传热条件恶化,使表面温度分布更加均匀、稳定;数值模拟方法能够解决冷屏蔽系统相变制冷的理论问题,对系统的实施有重要的指导意义。

对冷屏蔽结构设计的分析

空间冷屏是一种包裹在飞行器外的相变制冷装置,旨在提高近地高速飞行器的突防能力,防止其在近地轨道飞行时被红外探测器发现和拦截。为了实现弹道导弹在飞行中段的红外隐身效果,采用深冷介质相变制冷技术,建立了空间冷屏样机。对冷屏系统工作要求主要是:体积、重量轻、换热能力强、外表面维持低温时间长、外表面各点的温差小。分析了为达到以上几点在冷屏蔽系统设计中采取的几个措施。

低温液氮冷屏蔽系统空间运行状态数值模拟研究

为了研究获得空间微重力、冷背景环境下液氮"冷屏蔽系统"低温相变制冷机制,建立了高超音速飞行器空间冷屏蔽系统低温流体流动制冷数值模型,并对系统在过冷状态、饱和状态、过热状态三种工况下的流动特性进行了系统的分析设计,对冷屏蔽系统经历复杂环境时的表面温度、系统压力及分布规律进行了数值模拟研究。结果表明:可以通过数值模拟获得空间冷背景状态下冷屏蔽系统在过冷、饱和及过热三种状态下的表面参数分布规律;可以通过改变系统的进口状态参数来控制系统压力以及冷屏外壁的表面温度,以此降低表面红外辐射强度;饱和状态参数更能满足系统材料低温强度要求及空间低温红外辐射强度的控制要求。

空间低温冷屏蔽系统分布式点蒸发制冷模型表面温度分布规律研究

建立了高超音速飞行器空间冷屏蔽系统物理模型,提出了发汗型分布式点蒸发冷却模型,建立了圆形、正方形、三角形以及蜂窝形的几何单元模型。通过建立不同结构和不同间距的单元模型研究了冷屏表面温度分布规律,在确保总面积相等前提下分别对不同数目和不同间距的点蒸发模型进行了数值模拟和实验研究。研究获得了分布式点蒸发制冷模型外表面平均温度与最高温度随发汗冷却结构变化时的温度分布及变化规律,三角形结构在数量较少和间距较小时冷却效果最好,圆形和蜂窝形在数量较多时冷却效果最好,正方形和圆形在间距较大时冷却效果最好。

带冷罩的自旋弹头在液氮消耗时的姿态模型

研究了带液氮冷屏蔽罩(冷罩)的自旋弹头在自由飞行段中,冷罩多孔介质层内液氮不断消耗时弹头姿态的变化规律.针对工程上无法利用数值计算直接研究多孔介质中液氮消耗对弹头姿态运动影响的问题,以均相模型分析多孔介质层内气液混合物的运动规律,建立了均相介质在离心力作用下的渗流运动方程.对此方程进行无量纲化,分析了均相介质的运动规律,得到了变质量弹头的姿态动力学模型.通过分析与仿真发现,自旋角速度随冷罩内液氮消耗而不断增大,非自旋方向角速度不为零时,其运动频率不断增大,且会产生运动阻尼,但频率变化很小,运动阻尼量级也极小,工程中可忽略冷罩中液氮消耗对非自旋方向的影响.

双压控制减压节流阀的数值模拟及试验

提出一种适用于空间飞行器冷屏蔽系统的空间低温流体相变制冷过程中控制系统压力的减压节流技术;通过双压控制减压节流阀实现冷屏蔽系统高低压控制、减压及节流制冷的功效;建立三维立体模型并进行流场数值模拟,根据数值模拟结果设计制造试验模型进行试验验证。结果表明:双压控制减压节流阀能够满足空间冷屏蔽系统表面热流密度变化时系统高低压控制要求;能够有效节流低温饱和蒸汽、气液两相及饱和液体;能够有效抑止变压出口形成的气液两相流及系统内制冷剂固化等问题;能够产生节流制冷效应,提高冷屏蔽系统制冷效率,减少系统冷剂加注量,降低起动加速负荷。

多模式光学成像仪

美国专利US2004/0119020 (2004年6月24日公布) 本发明提供一种使用公用孔径的多模式光学成像仪,它能对一个视场中的两个或多个不同波段的电磁辐射进行成像。工作时。

电感耦合等离子体质谱法测定高纯五氧化二铌中25种痕量杂质元素

采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定高纯五氧化二铌中痕量Mg、K、Ca、Cr、Fe时,因质谱干扰严重,从而导致其背景等效浓度值(BEC)较高进而无法准确测定。实验采用氢氟酸-硝酸体系以微波消解方式消解样品,以标准加入法补偿基体效应,控制基体质量浓度为500μg/mL,建立了ICP-MS测定高纯五氧化二铌中包括Mg、K、Ca、Cr、Fe在内的25种痕量杂质元素的分析方法。研究表明:采用屏蔽矩冷等离子体技术,在500μg/mL的五氧化二铌基体溶液中,Na、Mg、Al、K、Ca、Cr、Fe、Cu、Co、Ni、Mn的BEC得到明显改善,尤其是Mg、K、Ca、Cr、Fe的BEC改善效果最为显著,由常规模式下的56.5～194ng/mL降至冷等离子体模式下的0.012～0.203ng/mL;使用经实验室亚沸蒸馏提纯的电子级氢氟酸及硝酸可有效地降低试剂空白值。各元素校准曲线线性相关系数均大于0.999 0;方法中各元素的检出限在0.001～0.010μg/g之间,测定下限在0.003～0.033μg/g之间。采用实验方法对高纯五氧化二铌样品中25种杂质元素进行测定,结果表明,各元素测定结果的相对标准偏差(RSD,n=11)为0.90%～12.7%,回收率为91%～111%。方法应用于两批纯度为99.999%的超高纯五氧化二铌实际样品分析,结果与辉光放电质谱法(GD-MS)基本一致。

电感耦合等离子体质谱法测定高纯氟钽酸钾中15种痕量杂质元素

使用硝酸及氢氟酸混合酸低温加热溶解样品,采用耐氢氟酸进样系统,应用屏蔽矩冷等离子体技术消除^(24)CC+、^(52)ArC+、^(56)ArO+等多原子离子对Mg、Cr、Fe等元素的干扰,以标准加入法定量,从而建立了电感耦合等离子体质谱法测定高纯氟钽酸钾中15种痕量杂质元素的分析方法。方法中各元素的检出限(3 s)在0.003 9μg/g～0.089μg/g之间。采用所建立的方法测定高纯氟钽酸钾中的15种痕量杂质元素,测定值的相对标准偏差(RSD,n=11)在1.08%～13.5%之间,加标回收率在91%～109%之间,可满足高纯氟钽酸钾中15种痕量杂质元素的分析要求,分析结果与电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)对照,结果相符。