用于羽流試驗的熱沉壁板主要由液氮熱沉翅片（１）、液氮熱沉支管（２）、液氦熱沉支管（３）、液氦熱沉翅片（４）組成。液氦熱沉位于液氮熱沉內部，減小了真空容器對液氦熱沉的熱負荷；液氦熱沉直接面對羽流試驗氣體，抽速大，羽流吸附效率高；液氦熱沉壁板開口方向逆著羽流來流方向，羽流氣體能夠快速進入液氦熱沉和液氮熱沉夾層中，通過多次反彈降低羽流噴流速度，提高吸附效率；液氮熱沉壁板開口方向順著羽流來流方向，和液氦熱沉壁板開口方向成幾何對稱，使羽流氣體易進，不易出，增加了氣體的捕獲率；翅片和翅片之間留有空隙，使得熱沉正反兩面都可以吸附羽流氣體，有效的增加了羽流吸附面積；材料采用不銹鋼支管和銅翅片；有效提高了真空容器內部的靜、動態真空度。
【技術實現步驟摘要】
增加羽流氣體吸附的熱沉壁板結構布局形式
本專利技術涉及用于增加羽流氣體吸附的熱沉壁板結構布局形式。本專利技術特別應用于增加羽流氣體吸附的圓柱段熱沉壁板結構布局形式。
技術介紹
人造衛星、飛船、空間站、深空探測器、導彈以及運載火箭上大量使用的姿軌控發動機，在高空稀薄環境下工作時其噴流會向外部環境自由膨脹形成真空羽流。羽流會對空間飛行器產生羽流污染、羽流干擾力和羽流熱效應等羽流影響。這些影響輕則降低工作元件的性能，重則導致飛行任務的失敗。隨著航天事業的迅速發展，航天設計部門越來越關注空間飛行器上的姿軌控發動機工作時產生的羽流問題。 羽流效應問題研究的一個重要前提是保證羽流實驗氣體的快速吸附，使得環境真空度能夠達到規定的指標。高空羽流實驗大都采用氮氣模擬，用于吸附羽流實驗氣體的設備主要是環繞真空容器內表面的深冷低溫泵，即氦板(液氦熱沉)。 20世紀90年代，美國戈達德空間飛行中心在高真空設備中進行的肼發動機推力實驗中，采用有液氮遮擋保護片冷卻的氦板(二級低溫泵)對主要成分包括^、112的燃氣進行冷凝抽氣。氦板的抽氣面積為57m2，在燃氣的質量流量0. 0445g/s時，實現了動態工作真空高度128km(1. 33X10-3Pa)的羽流效應試驗研究。 20世紀90年代末，德國DLR建設了 STG真空羽流實驗系統。該系統與戈達德空間飛行中心的設備不同，氦板內部沒有液氮屏蔽板，羽流氣體直接作用于氦板表面。STG的低溫泵氦板面積為301112，可保證0. 5N(相應質量流量為0. 2g/s)推力發動機連續工作時，維持壓力小于10—3Pa。 按照這種低溫泵的布局結構，要實現較大推力發動機的高空(動態真空度小于10—3Pa)研究工作，就要相應的增加氦板的面積及氣體分子的捕獲率。實際上，根據氣體的種類及其溫度，氦板的面積及氣體分子的捕獲率會有很大的差異。如何在有效的空間內盡量加大吸附面積及氣體分子的捕獲率成為了高空羽流實驗的設計關鍵。 羽流實驗的基本過程是，實驗過程中噴流氣體以超音速噴出，在真空容器中迅速擴散，為了維持高的動態真空度，需要對噴出的氣體瞬間冷凝吸附(速度降為零)，從而模擬真實的空間環境。
技術實現思路
本專利技術的目的是通過合理的熱沉結構布局來提高氣體分子的捕獲率，以維持高的動態真空度。 用于羽流試驗的熱沉壁板主要由液氮熱沉翅片(1)、液氮熱沉支管(2)、液氦熱沉支管(3)、液氦熱沉翅片(4)組成，常用的壁板是由銅翅片和不銹鋼支管焊接而成，其中不銹鋼支管內通液氮或液氦制冷介質。 本專利技術具有的優點在于(a)液氦熱沉位于液氮熱沉內部，減小了真空容器對液3氦熱沉的熱負荷；(b)液氦熱沉直接面對羽流試驗氣體，抽速大，羽流吸附效率高；(c)液 氦熱沉壁板開口方向逆著羽流來流方向，羽流氣體能夠快速進入液氦熱沉和液氮熱沉夾層 中，通過多次反彈降低羽流噴流速度，提高吸附效率；(d)液氮熱沉壁板開口方向順著羽流 來流方向，和液氦熱沉壁板開口方向成幾何對稱，使羽流氣體易進，不易出，增加了氣體的 捕獲率；(e)翅片和翅片之間留有空隙，使得熱沉正反兩面都可以吸附羽流氣體，有效的增 加了羽流吸附面積；(f)材料采用不銹鋼支管和銅翅片；(g)有效提高了真空容器內部的 靜、動態真空度。附圖說明 圖1是羽流用熱沉壁板結構布局形式 圖2是真空容器內圓筒段熱沉壁板結構布局示意圖具體實施方式下面結合附圖來進一步說明本專利技術。 圖l所示的用于羽流試驗的熱沉壁板主要由液氮熱沉翅片(1)、液氮熱沉支管 (2)、液氦熱沉支管(3)、液氦熱沉翅片(4)組成，常用的壁板是由銅翅片和不銹鋼支管焊接 而成，其中不銹鋼支管內通液氮或液氦制冷介質。 液氮熱沉不銹鋼管間距400mm，不銹鋼管尺寸O20X2 ;液氦熱沉不銹鋼管間距 200mm，不銹鋼管尺寸①20 X 2。這種熱沉壁板尺寸形式可保證熱沉溫度的均勻性，滿足實驗 需求。 下面用公式說明熱沉吸附面積和氣體分子捕獲率對熱沉抽速的影響。 液氦熱沉的靜態理想抽速計算公式如下 S0 = 3. 64X 101気(Tg/M)1/2 式中 S?！ど罾浔玫睦硐氤樗?，L/s ; A氦——氦板的面積，m2 ; Tg——氣體的溫度，真空羽流效應實驗系統處取Tg = 300K ; M——氣體的相對分子量，g/mol。 實際工作過程中，氣體分子在某一冷凝面上不可能完全被冷凝吸附，碰撞在熱沉 表面上的部分能量特別大的分子會反射回去(由于速度太快，超音速流)。實際抽速要比理 論抽速小。 液氦熱沉的實際抽速計算公式如下 S = C S0 = 3. 64X 1()4CA氦(Tg/M)1/2 式中 S——氦深冷泵的實際抽速，L/s ; C——氣體分子的捕獲率(冷凝系數)； S?！ど罾浔玫睦硐氤樗?，L/s ; A氦——氦板的面積，m2 ; Tg——氣體的溫度，真空羽流效應實驗系統處取Tg = 300K ; M——氣體的相對分子量，g/mol。 C = 1 — e-s/(&) 表1氣體為300K，對20K的深冷表面的e/K值<table>table see original document page 5</column></row><table> 表2300K的氣體在各種冷凝表面溫度下的冷凝系數<table>table see original document page 5</column></row><table> 從以上公式和圖表可以看出熱沉吸附面積越大，抽速越大；氣體分子的捕獲率取決于氣體的種類、速度、熱沉溫度及壁板結構布局形式，本專利技術設計的熱沉壁板結構布局形式就是根據羽流試驗氣體的特殊性設計的。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
增加羽流氣體吸附的熱沉壁板結構布局形式，由液氮熱沉翅片（１）、液氮熱沉支管（２）、液氦熱沉支管（３）、液氦熱沉翅片（４）組成。
【技術特征摘要】
增加羽流氣體吸附的熱沉壁板結構布局形式，由液氮熱沉翅片(1)、液氮熱沉支管(2)、液氦熱沉支管(3)、液氦熱沉翅片(4)組成。2. 如權力要求1所述的增加羽流氣體吸附的熱沉壁板結構布局形式，其特征在于液 氦熱沉位于液氮熱沉內部。3. 如權力要求2所述的增加羽流氣體吸附的熱沉壁板結構布局形式，其特征在于液 氦熱沉直接面對羽流試驗氣體。4. 如權力要求3所述的增加羽流氣體吸附的熱沉壁板結構布局形式，其特征在于液氦熱沉壁板開口方向逆著羽流來流方向。5. ...
【專利技術屬性】
技術研發人員：凌桂龍，蔡國飆，王文龍，李曉娟，黃本誠，張國舟，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。