表面张力贮箱推进剂管理装置设计进展

推进剂管理装置是表面张力贮箱的核心部件。文章简要介绍了推进剂管理装置技术概况 ,综述了当前推进剂管理装置技术设计的进展情况 ;从使命需求、可靠性、长寿命、试验要求、系列化五个方面总结了已经获得应用的先进的推进剂管理装置技术设计 ,并结合具体实例进行了说明和评述。

可再充填启动篮表面张力推进剂管理装置设计及试验研究

对启动篮表面张力推进剂管理装置工作原理进行了说明,建立了可再充填启动篮再充填过程仿真模型,根据仿真结果对影响启动篮再充填的各种因素进行了分析。加工原理性试验件进行了静态充填试验和动态充填试验,试验结果和仿真结果基本一致,验证了计算模型的正确性。初步掌握了可再充填启动篮表面张力推进剂管理装置设计、加工和地面试验技术。

表面张力贮箱推进剂管理装置流阻的计算

为了在设计卫星用表面张力贮箱时 ,正确地计算出推进剂管理装置中液体推进剂的流阻 ,根据液体的流动特性 ,研究了卫星用表面张力贮箱推进剂管理装置中推进剂在管道、筛网和一些局部流阻的计算方法 ,给出了各部分流阻的计算公式。据此实际计算了一个简单的推进剂管理装置 ,并和实验进行了比较 。

推进剂管理装置的可靠性增长及试验验证

采用原始的焊接方式焊接筛网式推进剂管理装置的收集器合格率低、可靠性差。为此,采用纯钛箔作为过渡层进行了不锈钢筛网与钛合金支压板的电阻缝焊试验以及随后这两者与钛合金骨架的电子束焊试验,然后进行了地面力学环境下的振动试验,以验证焊接方式改进后收集器的可靠性。焊接试验结果表明,纯钛箔过渡层一方面可以大幅降低筛网在电阻缝焊时的焊接热量,有效地减小筛网的热变形;另一方面可以在电阻缝焊后形成牢固、封闭的纯钛/不锈钢筛网焊缝过渡区,有效地增加电子束焊时筛网的变形抗力,从而使得焊接后试样的合格率和性能大幅提高。振动试验结果表明,焊接方式改进后收集器的可靠度置信下限从0.90增加到了0.96。

收集器和槽式推进剂管理装置的方案设计和分析

本文介绍PMD技术公司开发并采用的、用于设计和验证两个PMD组件-收集器和槽的方法和技术。涉及主要要求、设计方案选择、性能分析。介绍的方法与实际是紧密联系的,设计者可以用它设计和验证收集器和槽式推进剂管理装置(PMD)组件。

可重复启动低温上面级的推进剂管理装置研究

回顾了低温上面级推进剂管理技术的国内外研究现状,分析了上面级微重力环境中低温推进剂管理涉及的液体蓄留、气液分离和局部热控等关键技术。开展了液氧贮箱推进剂管理装置的方案设计,并试验验证了可填充蓄液器的填充和下层板网的指定路径排气等关键功能,确认了方案的可行性。

小型卫星上贮箱推进剂管理装置的设计及研制方法

商业及科研应用的小型卫星需要费用低的推进子系统。一般而言,这类推进系统仅用于通过反作用飞轮来完成轨道嵌入、轨道控制及姿态控制的飞行任务。这就允许贮箱采用简化的推进剂管理装置(PMD)。本文介绍这种推进剂管理装置的设计及研制方法。推进剂贮箱应该是具有较低费用的装置。它是利用叶片作为推进剂管理装置的全焊接钛结构,贮存30kg 肼(N_2H_4)。这种推进剂管理装置没有活动件,毛细功能组件较少,因此,它能够确保贮箱重量轻,结构简单和费用较低。在低重力和推力室连续工作产生的低加速度条件下,这种叶片式表面张力贮箱能够提供所需要的不含气泡的推进剂。研制工作主要集中在叶片式管理装置,它的关键之处是性能及动态特性。由于重力作用,这种管理装置的主要困难是不能在地面进行试验。因此,必须通过模型及低重力试验来验证。建立稳态及瞬态模型,有助于模拟贮箱在不同流量及推力室工作产生的加速度、瞬态过程时的排液情况。依据相似准则,用中性浮力试验来模拟低重力环境。这种试验最大的好处是没有时间限制,所以能够完成一个完整的排液过程。模拟件设计要考虑模拟液与模拟件的接触角代表了氮/肼/钛的接触角。所有的分析及试验圆满完成,证明这种推进剂营理装置具有满意的性能。

运载火箭上面级微重力环境下的推进剂管理

对运载火箭上面级的各种推进剂管理方法(如推力沉底和利用推进剂管理装置的液体推进剂管理方法)进行了介绍。就推力沉底管理方法分别阐述了持续正推沉底和正推重定位沉底两种不同的管理形式以及应用范围。对推进剂管理装置从结构和功能上进行了划分,分别介绍了各自的特点以及组成结构的基本元件,最后基于启动篮式的推进剂管理装置提出了一些设计上的考虑。

空间液氪气液分离装置流阻特性及数值模拟

为满足低温推进剂在空间微重力环境中的气液分离要求,针对液氪低温推进剂在轨管理与传输问题,建立筛网式气液分离装置单通道流动压力损失的理论预测模型,获取120 K饱和状态液氪在325×2300荷兰斜纹编织网中流动的泡破点压力。对比分析了不同低温流体、通道宽度、质量流量对过网压降的影响规律,获得了液氪在通道中流动的压降分布,并通过国外液氢过网压降实验数据对模型进行了验证。通过建立液氪单通道流动数值仿真模型,较好地预测了过网压力损失。

大容量推进剂贮箱液体晃动性能试验

对某种内带推进剂管理装置(PMD)的大容量推进剂贮箱内液体晃动性能进行试验.开展不同充液比工况下空壳贮箱液体晃动试验,分析比较晃动试验结果与采用等效动力学模型的液体晃动理论计算结果,两者结果一致吻合,试验系统可靠性和理论模型的正确性得到良好验证.然后开展了不同充液比工况下内带PMD贮箱液体晃动试验,试验结果表明贮箱内液体晃动性能受内部PMD结构影响明显.该试验研究结果为运载火箭和卫星的姿态和轨道控制系统的设计优化提供重要参考和数据支撑.

表面张力管理装置的微重力流体计算

推进剂贮箱是航天器上的大件产品,用于贮存和管理推进剂,在大型航天器中推进剂的质量已经占到了总质量的60%以上,推进剂的管理成为影响航天器控制的主要因素。由于航天器处于失重或微重力环境下,给推进剂的管理和供应带来很大麻烦。表面张力管理装置(PMD)通常用于微重力条件下推进剂的管理,其中导流板和蓄液器是两种结构简单可靠性高的管理装置,但它的分析计算比较复杂。本文对新设计的大容量表面张力贮箱所用的导流板与蓄液器进行了微重力条件下液体导流和填充的数学建模与计算,为贮箱的设计提供了依据。

微重力环境下板式贮箱内推进剂流动的数值模拟

为了研究微重力环境下板式表面张力贮箱内推进剂的流动规律，本文对板式贮箱导流板的驱动机理进行了分析，得到了微重力环境下板式贮箱内部定常和非定常流动的基本方程。应用四阶龙格-库塔法对定常流动方程进行求解，得到定常流动时导流板上液带的分布规律，应用MacCormack数值离散方法，对非定常流动方程进行求解，得到了不同时刻导流板上液带的分布规律及液带恢复稳定所需的时间。计算结果为板式贮箱的设计提供了数值依据，奠定了板式贮箱的设计基础。

卫星用推进剂贮箱的设计与发展

贮箱是推进系统的重要部件,它的功能是贮存和按工作要求向发动机输送推进剂。它应具有在工作期间液体推进荆始终保持覆盖贮箱出口的能力,特别是贮箱快排空之前仍能排出不含增压气体的推进剂。为此对贮箱中的液体要加以管理,根据实际需要可以选择不同的管理方式。由于航天科技的迅速发展,开展长寿命、相容性好、排出效率高的表面张力贮箱研究已成为当前航天领域的重要课题。本文吸取国外的成熟技术,结合国内的工艺水平,主要写出了关于表面张力贮箱的设计原理、试验验证,供今后发展的参考。

空间推进系统表面张力贮箱的研究

首先对空间推进系统的推进剂管理进行了概述,着重介绍该表面张力贮箱的研究。主要包括:第一,对各种加速度下液体在贮箱内的定位进行了分析,以确定管理装置的结构形式;第二,在贮箱设计上,应用流体网络理论,建立了设计模型。按以上方法设计的贮箱已经通过振动冲击、运输、液流等地面试验及飞行试验的考核,无一出现故障。

辐射式金属空楔结构PMD元件的设计基础

在长寿命卫星表面张力贮箱技术的发展中，孔板式推进剂管理装置（ＰＭＤ） 正在逐渐取代传统的筛网式ＰＭＤ，而辐射式金属空楔结构是孔板式ＰＭＤ 中的最重要元件之一。主要介绍和讨论了辐射式金属空楔结构ＰＭＤ元件设计中的基本问题，包括蓄留体积设计、蓄留能力设计和空楔结构性能分析等方面的主要内容。

第二代表面张力贮箱的研究与应用进展

为了对国外新型卫星推进剂贮箱的研究动态进行跟踪,对第二代表面张力贮箱的研究与应用进展做了阐述。首先对比了不同类型推进剂贮箱的特点,在此基础上,从试验研究、数值模拟和实际应用三个角度对第二代表面张力贮箱——以板式结构为主的表面张力贮箱的发展做了综述。研究表明,国际上已经对第二代表面张力贮箱的性能做了大量的数值模拟和搭载试验,如今第二代表面张力贮箱已经成为当今国际大型卫星推进剂贮箱的主流。这为新型卫星推进剂贮箱的研究指明方向并提供有价值的参考。

蓄液器在板式贮箱中的应用及性能分析

蓄液器是板式表面张力贮箱最重要的组件之一,它即可以和导流板搭配使用,也可以单独使用,来对推进剂进行有效管理。介绍了几种典型蓄液器的结构,在此基础上,介绍了蓄液器的工作原理,以及蓄液器在微重力下工作的基本方程,同时给出了蓄液器的临界加速度、最大蓄液量、临界蓄液量、推进剂残留量、有效蓄液量的求解方法,并采用这些方法对一典型的蓄液器的性能进行了分析。通过这些性能分析,可以为蓄液器的优化设计和微重力试验提供指导和依据。

微重力下板式贮箱内液体晃动性能研究

板式贮箱内推进剂管理装置(PMD)以板式结构部件为主,其抑制液体晃动性能应能够满足卫星平台高稳定度和快速机动的需求。针对微重力下板式贮箱内液体晃动性能,建立基于有限体积(VOF)方法的气液两相流流动模型,通过数值模拟计算手段,比较分析研究了微重力环境下有防晃叶片和无防晃叶片的板式PMD晃动性能。计算分析结果表明,有防晃叶片的板式PMD抑制液体晃动性能明显优于无防晃叶片的板式PMD,使液面快速趋于稳定。同时,将计算分析结果与液体晃动微重力试验结果进行了分析比较,微重力试验结果与计算分析结果非常相近。研究结果表明,有防晃叶片的板式PMD具有更好的抑制液体晃动功能,能够显著地抑制贮箱内推进剂晃动,以满足卫星平台的高稳定度和快速机动的需求。

板式贮箱内部流动的定常和非定常数值模拟

为了研究微重力环境下板式表面张力贮箱的内部流动规律,对板式贮箱导流板的驱动机理进行了分析,得到了微重力环境下板式贮箱内部定常和非定常流动的基本方程。应用四阶龙格-库塔法对定常流动方程进行求解,得到定常流动时导流板上液带的分布规律;应用MacCormack数值离散方法,对非定常流动方程进行求解,得到了不同时刻导流板上液带的分布规律及液带恢复稳定所需的时间。计算结果为板式贮箱的设计提供了数值依据,奠定了板式贮箱的设计基础。

大容量表面张力贮箱流阻特性的计算分析

对贮箱内部的流阻分布情况进行计算具有重要意义,它不但可以为整个推进系统的流阻分析提供依据,而且是并联贮箱平衡排放研究的基础,它能够为贮箱筛选提供参考,同时能够找出对流阻影响最大的部位,以便在加工过程中对其一致性进行严格控制。对一种部分管理的大容量表面张力贮箱的内部流阻情况进行计算和分析,在建立推进剂管理装置内部流阻分布的数学模型的基础上,对各个部位的流动情况进行详细分析,得到了多种状态、不同流量条件下推进剂管理装置各部位流阻分布的情况,以及管理装置流阻分布随着总流量变化的关系。