在轨航天器流体输运稳定性研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:HGameG
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
航天器在轨加注技术的发展与应用对于提高航天器机动能力、延长航天器寿命和适应多样化任务需求具有重要意义。空间流体管理技术是实现航天器在轨加注的重要技术之一。微重力环境下,表面张力主导的流动有许多区别于常重力环境下的特性,了解和掌握微重力环境下流体推进剂的流动规律,是确保推进剂在轨输运顺利进行的基础。当从贮箱内排出推进剂时,液体输运速率由于界面流动稳定性而存在最大值限制。若液体输运速率超过临界值,毛细压力将不足以平衡界面上的气液压差而导致液面失稳,气体随流动卷入推进剂中,致使推进剂输运失败,这就是推进剂输运过程中存在的界面流动稳定性问题。不对称内角流道作为一种被应用广泛的推进剂管理装置,在卫星推进剂贮箱中具有重要应用,但是,目前对于该流道毛细流动稳定性问题的研究还寥寥无几。  本文的研究背景为以航天器在轨加注技术,以不对称内角流道为主要研究对象,研究了微重力环境下卫星贮箱在排出推进剂过程中的界面流动稳定性问题。进行了相关的微重力实验,并建立了不对称内角流道的一维理论研究方法,最后提出临界流量公式。主要研究内容有:  (1)实验平台的搭建和调试,由于我国空间科学及其他技术科学发展的需求,我们非常有必要搭建自己的实验平台,本实验平台可同时进行双流道实验,我们选取大开角对称流道和非对称流道为实验流道,两实验流道有相同的流道长度和横截面积,实验工质为HFE-7500,利用我国中科院微重力落塔进行了10次实验,研究了两个实验流道的临界流量以及流动的特征,并进行对比,可以得出流道横截面积相等的情况下,非对称流道的临界流量高于对称流道,可以证明流道截面几何形状对毛细流道流动有较大的影响;  (2)提出一种将流道面积变化不适合剧烈的流道转化为已经深入研究的流道的方法,即保证自由液面面积和横截面面积都一致而进行等效,将不对称内角转化为与其具有相同液面参数的对称内角来间接求解,分析了微重力环境下液体在表面张力驱动下的流动机理,由动量方程、质量守恒方程、Young-Laplace方程出发,推导得出了一维过流稳定性控制方程,通过对该方程的数值求解,可以解算出液面参数及临界流量值;  (3)通过对理论模型的理解,推导显式化的临界流量表达式,最终提出包含全部参数的较为普适临界流量公式,并与空间实验结果曲线进行比较,确定了三种实验流道的临界流量系数,并分析了长度比、oh数和流道阻力系数对临界流量的影响。  论文综合应用实验分析、理论分析等手段,对微重力环境下在卫星贮箱内推进剂流体输运稳定性问题进行了研究,丰富了内角毛细流动理论的研究内容,为板式表面张力贮箱的优化与设计提供了参考,在理论研究与工程应用上都具有较大意义。
其他文献
随着服装市场发展,服装类高校已成为引领服装产业和社会发展的一支重要力量。为了解决服装产业结构转型面临的缺乏核心技术和创新人才不足的两大问题,服装类高校必须要在政府
随着大功率可控硅整流装置及电力电子器件的大量开发应用,以及炼钢电弧炉及轧机容量的增大、电气化铁路的发展应用、节能型家用电器和工业电器的大量使用,使各类非线性负荷注入电网的谐波日益增多,电力系统谐波对电能质量的危害严重,危及变电站设备的安全运行。谐波的治理已经成为供电部门密切关注的问题。 本文从实际需要出发,重点研究了以下内容: 1、谐波的产生、各种谐波源的特征 2、谐波对变电站设
泵站担负着保护农田免受旱涝灾害,保护人民生命财产安全,保证城镇乡村和工矿企业正常生产生活用水的作用。而大型泵站中机电设备的质量是影响泵站安全运行的关键。陕西省东雷抽
该文首先对增量谐波平衡法(IHB法)在结构动力响应分析中的应用以及前人对平面杆系结构几何非线性振动的研究成果进行了综述;然后基于文〔15〕的理论分析,系统地建立了一种求
学位
期刊
动态松弛法(DR法)是求解工程实际非线性问题的一种有效的简单的方法.该文首次采用DR法对计及湿热影响的复合材料叠层扁壳的非线性弯曲问题进行了分析.对复合材料叠层的双曲扁
该文对可靠性分析中应用统计推断方法估计母体未知分布参数时,如何合理地确定子样容量的问题进行了探讨.以正态分布和指数分布为例,推导出了相应的公式.对采用子样试验数据来
加快发展服务经济是新时期宁波实现宏观经济战略转型、产业结构优化升级、发展方式加快转变的重要环节和内在需求。本文在借鉴国内外相关学者的研究成果和发达国家(地区)发展