红外成像在羽流撞击平板热效应试验中的应用

为了研究发动机羽流撞击平板的热效应,通过在风洞内建立羽流流场,利用红外热像仪测量平板模型的表面温度,进而获得不同推力产生的羽流撞击平板的热流率分布。首先回顾了高空羽流污染及其效应研究所开展的工作,接着介绍了试验研究所使用的高超声速低密度风洞、红外热像仪等主要仪器设备的性能参数以及平板模型的外形特征,其次给出了2 N与10 N推力的试验条件、热流处理方法、试验结果及其讨论,最后研究了推力喷管轴线与平板距离变化对羽流撞击平板的热效应影响。结果表明:发动机喷管轴线与平板的距离不同,羽流撞击产生的高热流率区域的位置与大小也不相同,距离越小,高热流区域越靠近平板前缘,产生的热效应也越强。

基于优化的羽流撞击消旋技术瞄准策略设计

针对自由翻滚目标卫星的消旋问题,使用化学推力器羽流撞击的方式进行消旋具有较高的可行性和安全性。当目标太阳翼法线与星本体自旋轴存在一定夹角时,需要对消旋推力器的瞄准策略进行设计,以提高控制精度和系统效率。目前国内外对于一般情况下瞄准策略的设计仍存在空白。基于参数化羽流撞击模型,对空间目标的动力学特性进行分析并给出典型工况,分析了羽流撞击力对相对位置姿态的敏感性,得到了瞄准策略设计的一般性准则,在此基础上设计了瞄准策略优化模型的完整表达。仿真计算表明,该瞄准策略适用于太阳翼法向相对期望消旋力矩方向存在一定夹角的情况,并且在保证力矩幅值较大的条件下令精度达到10°以内。该方法适用于太阳翼相对自旋轴倾斜和存在章动运动的目标卫星,从而为服务平台控制系统设计提供支持。

0.5N模型发动机羽流撞击效应的DSMC模拟

使用自开发的Plume WorkStation(PWS)软件对推力0.5N的模型发动机羽流撞击效应进行了三维直接模拟蒙特卡罗法(DSMC)的模拟,得到了羽流场的压强、温度、马赫数等物理参数及羽流对挡板的撞击效应。结果表明,发动机羽流场压强在喷管出口处最高,随着气流向真空中扩散而降低;气流沿着发动机出口呈放射状流向挡板,喷流撞击到挡板上发生反射;由于核心气流对挡板的撞击,在发动机轴线与挡板的交点处压强较高,以该交点为圆心,板上的压强分布具有对称性,且沿径向逐渐减小。