“天问一号”火星环绕器推进管路热控设计与分析

针对火星探测器空间环境特点和热控设计难点,提出了一种适用于火星环绕器的推进管路热控设计方法,通过采用优化的加热功率、合适的多层层数和适宜的加热器分区实现地火空间复杂外热流下的管路控温。将该方法在“天问一号”火星环绕器推进管路设计中进行分析与验证,对影响热控设计的因素如舱内外环境温度变化、管路是否有工质、是否受太阳照射、包覆多层层数以及加热功率等进行了分析。研究表明,该方法具有高度环境适应性,在环绕器飞行全过程及变轨条件下均能适应。未来需重点关注管路加热功率的设计和舱外多层包覆层数的影响,舱外管路受阳光照射影响大,设计时应尽量避免阳光照射。以上研究结果可为后续深空探测推进管路热控设计提供一定的参考。

推进剂管路内负压形成机理研究

嫦娥三号着陆器推进系统正样产品在测试过程中,轨控推进剂管路出现了一段时间的负压现象,为查找负压出现的原因,推进系统采用故障树分析方法对推进剂管路内负压形成机理进行了研究,并基于故障树分析结论,进行了单机级、系统级的多项专项验证试验,通过试验研究最终确认了推进剂管路内负压形成机理,该现象是由于嫦娥三号着陆器推进系统检漏时采用纯氦气工质,检漏结束后常压氦气长期存储在推进剂管路内,由于管路内纯氦气浓度远高于外界空气,存在氦气分子通过断流阀微通道缓慢扩散出去现象,随着扩散量的不断下降积累,导致推进剂管路内压力逐步减小,产生了负压。该现象与分子扩散理论的机理和规律相符,为系统正常固有现象,对飞行试验无影响。

航天器推进系统气液路故障仿真

为了研究和分析航天器推进系统气液路故障的发展变化规律及对整个推进系统性能的影响,在某挤压式航天器推进系统仿真模型的基础上,分别采用Realizable k-ε湍流模型和一维可压缩流模型对气路泄漏和堵塞故障进行动态仿真,采用一维不可压瞬变管流模型与变流量系数模型对液路泄漏和堵塞故障进行仿真分析。仿真结果表明:推进系统增压气路堵塞和泄漏故障,会导致增压不足,使推进剂供应管路压强下降;推进剂供应管路堵塞故障和泄漏故障会导致混合比偏离设计值,使推进系统性能降低。两类故障都会引起推力不足,致使系统性能降低。两者的不同之处在于:堵塞故障下,故障组件上游压强高于额定工况,推进剂消耗低于额定工况;泄漏故障下,故障组件上游压强低于额定工况,推进剂消耗高于额定工况。

液体火箭发动机关机水击的数值模拟

基于特征线法对某液体火箭发动机小尺寸推进剂供应管路的关机水击进行了数值模拟。研究了发动机关机后推进剂管路的压力瞬变特性,并验证了数值模拟的正确性,同时通过实例计算分析测压支管直径和长度改变时测压支管端部压力与阀门处压力的关系。结果表明:测压支管的存在使实测点与管路内压力瞬变特性可能有较大差异,是造成测量数据不能正确反映管路内真实压力的原因。