航天器流体回路泵智能故障诊断方法

开展了航天器流体回路泵智能故障诊断方法研究,将BP神经网络、粒子群优化(PSO)-BP神经网络、遗传算法(GA)-BP神经网络和模糊神经网络4种模型应用于故障诊断,以温度、流量、出口压力、转速4类状态参数作为神经网络输入,状态标志作为输出进行训练,通过均方误差、相关系数、模型训练评分对模型训练效果评价,从而实现模型优选,完成故障诊断。利用在轨遥测数据进行应用验证,结果表明可以准确识别流体回路泵的正常和叶轮卡死泵功能丧失两种在轨实际状态类型,且模糊神经网络相对其他3种神经网络具有更好的诊断效果。

空间泵驱单相流体回路半物理仿真技术研究

鉴于空间泵驱单相流体回路控制系统研制过程中全物理试验验证涉及的高成本、高风险,以及大气环境下等效模拟空间辐射散热行为存在的挑战,提出一种基于CAN总线的半物理仿真试验平台架构。通过空间热模型代替部分物理实物,结合单相流体回路辐射器地面常压等效验证方法,实现空间泵驱单相流体回路控制系统动态特性的在线快速、可信验证。试验结果表明:在3种工况下,系统控温精度普遍可以达到±0.5℃;常规PID控制策略与神经元PID控制策略的控温性能差别不大;短期瞬态高热流冲击对主回路控温点温度的影响不超过1℃。研究可为空间泵驱单相流体回路控制系统开发与验证提供一种新的技术途径。

航天遥感器用泵驱两相流体回路热真空试验研究

针对航天遥感器核心组件的高精度与高稳定度的控温需求,设计并搭建了一套泵驱两相流体回路(MPTL)试验装置,该装置使用了一套具有被动冷却能力的两相控温型储液器。为验证MPTL系统在高真空、极低温与变化外热流条件下的工作能力,在真空罐内对MPTL系统在不同工况点下的散热与控温能力进行了测试,并通过温度和压力等数据研究了主回路的运行特性、储液器内热力学变化特性及两者之间的传热传质过程。结果表明:MPTL系统的控温点可通过储液器进行快速调整,蒸发器温度的变化受外热流与热源开关影响较小;进入毛细管中的过冷液与储液器中的液相形成的温差保证了储液器冷量的供应;主回路发生相态转变时,储液器与主回路工质交换特性引起了系统压力降脉动。

空间站流体回路/热管耦合式热辐射器性能研究

空间热辐射器担负着航天器内部多余热量向外太空排散的任务,是航天器热控系统的关键设备,尤其是载人航天器,辐射器需要满足长寿命、高可靠度、高稳定性的要求,目前已发射的载人航天器均采用流体回路辐射器。对中国空间站流体回路/热管耦合式辐射器进行试验研究,得出辐射器散热性能的变化规律。首先论述试验方案和试验过程,并给出试验结果数据;然后通过对试验数据分析,得出辐射器传热热阻,以及散热能力随流体回路参数及外热流参数的变化规律;最后基于试验数据,完善辐射器仿真分析模型,并与试验典型工况进行对比分析,实现仿真模型与试验数据的良好吻合,仿真模型可用于辐射器在轨工作性能预示分析。实验分析结果对航天器空间辐射器设计具有一定的参考意义,可为航天器整舱热平衡试验方案及辐射器在轨工作状态设置提供数据支持。

多支路并联流体回路流量分配影响因素分析

多支路并联流体回路热控技术在载人航天器上获得了广泛应用。外热流、重力场和管路阻力特性等因素会影响流阻,进而影响流量分配和散热能力,这可能会造成工质冻结并引起回路失效,威胁航天器安全,因此亟需针对影响流量分配因素开展分析。基于梦天实验舱6条并联流体回路建立简化模型,分别研究外热流、重力场和管路阻力特性对流量分配的影响,发现辐射散热带来的工质物性变化会导致各支路流量分配不均,外热流变化带来的回路散热量增加,以及重力场存在会加剧流量分配不均匀性。另外,回路在设计和运行时都要避免工质温度进入黏度剧烈变化区域,否则各支路流量容易受外部环境变化影响而发生较大波动。

一种与流体回路耦合的板翅式相变换热器设计及验证

针对月球轨道复杂的热环境,设计一种与流体回路耦合的板翅式相变换热器,通过利用相变材料熔化蓄热、凝固放热的特性,实现对航天器在不同外界热环境条件下散热能力的调节。基于一系列简化假设,开展相变换热器仿真分析,计算给定入口温度条件下相变换热器的换热性能和熔化与凝固特性,并且详细分析相变腔体内相变材料的熔化过程。通过搭建相变换热器性能试验台开展试验研究,得到相变换热器运行的温度结果,验证了相变换热器设计的合理性。文章提出的耦合相变换热器的流体回路方案可作为载人航天器月球轨道飞行的有效热控手段。

高热流散热泵驱两相流体回路设计及飞行验证

针对激光、雷达等载荷空间应用中存在的超过100 W/cm^2高热流密度散热问题,采用泵驱两相流体回路结合金刚石微槽道的方法实现了271 W/cm^2热流密度的散热。对系统设计及关键部件设计进行了研究,整个系统经过地面和在轨飞行验证,运行平稳。利用储液器控温的方式,实现了系统温度的准确控制。测试结果表明,地面和在轨飞行期间的换热及流阻相当,验证了重力无关设计的正确性。

载人运输飞船流体回路方案研究

流体回路是载人运输飞船热控分系统的重要组成部分,结合飞船所采取的其他热控措施,流体回路必须满足各种可能出现的热工况要求,同时尽量少占用飞船的资源。在进行分析和比较的基础上,确定流体回路的方案和系统配置,结合对接目标的热设计,重点解决与目标停靠期间的热控问题。文中介绍了载人运输飞船流体回路的主要设计要求及考虑重点,在能量平衡分析的基础上设计了两种流体回路方案,并进行了热分析计算和性能比较,对流体工质的选择也提出了建议。

微小航天器单相流体回路自主热控地面实验研究

单相流体回路是解决微小航天器热控问题的一种重要手段,但是由于其内热源功率密度高、轨道热环境变化复杂,要求其具有高度自适应控制能力。为满足开展微小航天器单相流体回路自主热控研究的需要,提出了一种单相流体回路核心部件-微机械泵的PWM控制策略及实现算法,设计并搭建了其地面等效模拟实验装置,实现了该单相流体回路包括微机械泵驱动电压-压差输入输出关系、热源载荷变化及微机械泵转速变化的开环动态特性实验研究,并在此基础上完成了所提出的单相流体回路自主控制方法控制效果的地面等效模拟实验研究,达到±0.5℃以内的自主控温效果。该控制策略除了可以实现高精度自主控温以外,由于机械泵功耗基本上与热载荷成正比,还可以减少热控系统运行能耗,因而在能量供应有限的微小航天器上具有广阔应用前景。

载人航天器主动热控制系统流体回路的优化设计

载人航天器一般采用主动热控制技术为主的热控制系统,废热的排散主要通过泵驱动单相流体回路。分析了主动热控制系统的主要设计任务,如系统方案、工质的选择、回路部件的选型、系统参数的确定、控制算法等;提出了主动热控制系统方案及参数选择应满足适应性要求、安全性要求、可靠性要求以及经济性要求,指出主动热控制系统的设计是一个以系统总体质量最小为目标的约束优化问题,并讨论了优化设计的思路与实现流程。最后基于一个具体的设计案例对设计方法进行了验证。

神舟七号飞船单相热控流体回路在轨性能评价

重点介绍了神舟七号出舱活动飞船热控单相流体回路主要技术方案,包括组成与流程设计、内外回路工质优选及回路控制方案等,并对流体回路系统在轨工作性能和温度控制数据进行分析和综合评价,飞行试验表明流体回路在待发段、自主运行段、出舱活动段、返回再入段均具有良好的温度调控能力和适应能力,温度控制精度和系统散热能力均满足指标要求。最后总结了神舟飞船流体回路的创新之处与待改进方面。

单相流体回路在卫星热控制中的应用研究

单相流体回路系统是航天器主动热控技术中的一种重要方式,文章概述了流体回路的工作原理及理论基础,总结了单相流体回路的设计思路,设计了一个可参考的流体回路方案,在SINDA/FLUINT中建立数值仿真模型进行分析计算,并评价了其应用性能,结果显示,将单相流体回路系统应用于卫星,可取得很好的控温效果。

单相流体回路辐射器性能优化方法

文章以"神舟"飞船辐射器为例,对管肋式单相流体回路辐射器的肋宽进行了优化分析。采用理论分析与数值求解相结合的方法,分析了管肋式辐射器常用性能评价方法——能质比及微元能质比(单位质量散热能力)随肋片宽度的变化规律;而后以提高辐射器能质比为优化目的,对辐射器肋宽进行了优化,得出了辐射器的最佳能质比对应的肋宽表达式;最后给出了"神舟"飞船辐射器优化前后的参数对比。文章对管肋式辐射器的优化设计具有很好的参考价值。

单相流体回路控温算法建模与仿真分析

针对我国新的载人航天器在控制密封舱空气温湿度同时,要精确控制流体回路上电池等大热耗设备温度的需求,文章给出了航天器单相流体回路的PID控制、模糊增量控制和专家控制算法,解决了控温点前存在大热容和大热耗设备的流体回路控温问题。新的单相流体回路控温算法的提出和应用,可以有效简化流体回路复杂程度,减少10%的热控质量和功耗。

微泵驱动流体回路主动热控系统在轨测试试验研究

简要概述了"浦江一号"卫星流体回路系统的设计方案和地面测试试验情况,并在此基础上详细介绍了在轨开展的流体回路系统的开环和闭环控制测试,以及微泵A和微泵B的长寿命测试。在轨测试结果表明:微泵驱动流体回路系统各部组件满足空间环境使用要求;系统软、硬件在轨各项性能长期稳定良好;流体回路系统可以实现航天器热量的快速收集与传输,具有灵活的热管理能力。

卫星单相流体回路热控系统前馈PID控制

利用传热学相关理论,对卫星单相流体回路热控系统的传热机理进行了分析与简化,建立起一个包括卫星单相流体回路各热组件模型、受控对象模型与控制系统模型的系统动态热模型。针对卫星单相流体回路系统惯性比较大,温度经常超调的特点,提出在现有PID反馈控制的基础上,引入系统热负荷作为反映系统扰动信号的前馈控制,以减少系统温度的动态偏差。利用热力学模型进行了仿真研究,仿真结果表明:采用以"系统热负荷"为信号的前馈PID控制温度超调量更小,具有更好的控制性能。仿真结果也可用于指导工程设计。

单相流体回路地面试验研究

为了对流体回路系统设计参数确定提供指导,通过地面试验方法,研究了低温和外界环境变化时单相流体回路的阻力特性、工质补偿、控温算法等。介绍了地面试验系统的组成、试验方法和相关试验结果,并重点对外界环境突变时的控温结果、控温目标点与控温装置作用点分离时的控温震荡以及低温下补偿器的补偿能力测试结果进行了分析。试验结果表明,在外界环境剧烈变化时会出现温度过冲,过冲可达到10 oC;此外,由于控温点和控温装置作用点的分离引起的相位差,会导致系统控温失败。这些结果对载人航天器流体回路的泵、换热器设计以及工作状态分析具有一定的参考作用。

低温对单相流体回路的性能影响研究

系统研究了低温对单相流体回路的性能影响。提出了低温下辐射器防冻方案,给出了低温下系统流动阻力增加的计算结果及其对泵工作性能的影响,通过分析和试验验证解决了低温下补偿器因补偿能力不够导致的流体回路工作失效问题。

载人航天器单相流体回路分析

对载人航天器热控分系统单相流体回路进行了简化,建立了氨工质单相流体回路的软件仿真模型,对仿真模型添加瞬态外热流,施加比例、积分和微分(PID)控制器。仿真结果给出了单相流体回路在典型工况下控温点温度波动、辐射器出口温度波动、温控阀主旁路流量分配的响应情况。据此分析了单相流体回路在典型工况下的动态响应性能、控温性能及低温防冻性能。总结评价了氨工质单相流体回路的低温防冻能力,确定了影响单相流体回路控温性能的因素,可用于指导我国单相流体回路进行优化设计及防冻设计。

与流体回路耦合的空间辐射器流动/传热分析

流体回路作为一种主动热控技术,在载人航天器及空间站上发挥着重要的作用。作为航天器的对外散热界面,辐射器与流体回路之间往往存在直接热耦合关系。在进行简单理论分析的基础上,针对载人飞船的圆筒形辐射器,实现了流体回路与辐射器流动/传热及外热流计算的集成分析,反映了典型工况条件下辐射器的温度水平及外热流对流体回路流量分配和控温过程的影响。