板式貯箱流體傳輸性能驗證的微重力試驗系統(tǒng)及試驗方法，由充液貯箱模型、被充液貯箱模型、自鎖閥、自鎖閥控制器、圖像采集裝置、放氣閥、氮氣瓶、加氣閥、氣路控制臺、加液閥、模擬液箱及管路三通等組件構(gòu)成板式貯箱流體傳輸性能驗證的微重力試驗系統(tǒng)，其中落塔雙艙試驗模塊用于測量和驗證板式貯箱內(nèi)流體傳輸行為，控制流體傳輸時間，地面加注與控制模塊在落塔試驗前為充液貯箱模型充氮氣和加注推進劑模擬液，待試驗開始后，將地面加注與控制模塊與落塔雙艙試驗模塊斷開。試驗系統(tǒng)及方法具有結(jié)構(gòu)緊湊、自鎖閥自動控制與微重力時間協(xié)調(diào)匹配性強、占用空間小、回路密封性好、模型置換容易、攝像觀察方便等優(yōu)點。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及板式貯箱在微重力條件下流體傳輸性能的試驗驗證
，可以推廣應用于各種板式貯箱縮比模型的微重力落塔試驗。
技術介紹
“十一五”期間，完成了航天器在軌加注用28L板式表面張力貯箱的設計工作，制作了樣機模型，進行了推進劑在軌加注過程的地面演示試驗。該演示試驗只能對板式表面張力貯箱的局部性能進行驗證，無法真實反映其在空間環(huán)境下利用表面張力對流體的管理、控制和傳輸能力。因此，必須進行大量的微重力試驗，對板式表面張力貯箱的流體傳輸性能進行深入研究。 對于微重力試驗環(huán)境，可以通過落塔、飛機拋物線飛行、空間搭載等手段提供，其中飛機拋物線飛行不能提供較高的微重力水平，只能進行一些對微重力條件要求不高的試驗研究；空間搭載是進行微重力試驗最好的手段，但是費用昂貴，機會很少；而落塔試驗由于能夠提供較高的微重力水平，試驗費用較低，使用縮比模型可以彌補微重力試驗時間短的缺陷，成為最重要的研究手段。故自2011年6月起，針對28L板式表面張力貯箱進行縮比設計，采用落塔試驗的方法對貯箱縮比模型內(nèi)流體傳輸過程進行了微重力試驗研究。為了實現(xiàn)板式表面張力貯箱模型內(nèi)流體的傳輸，搭建了一種由縮比試驗模型、圖像采集裝置、自鎖閥、氮氣瓶、氣路控制臺和試驗管路等組成的流體傳輸試驗系統(tǒng)，明確了試驗系統(tǒng)的整體方案和功能，總結(jié)得出了適用于板式貯箱流體傳輸性能驗證的簡單、可靠、可行的微重力試驗方法。運用該試驗方法，完成了 28L板式表面張力貯箱縮比模型流體傳輸特性和液面重定位過程試驗，驗證了微重力環(huán)境下板式貯箱的流體管理和傳輸能力。國外從上世紀70年代就開始了對微重力環(huán)境下的板式結(jié)構(gòu)流體傳輸性能進行研究，投入了巨大的人力和物力，進行了大量相關的微重力試驗，利用落塔試驗、飛機拋物線飛行試驗、空間搭載試驗等手段取得了眾多研究成果。美國Ford Aerospace公司的T. P. Yeh在1987年對組合的板式結(jié)構(gòu)性能進行了研究，通過微重力落塔試驗研究了其對流體管理的綜合性能，包括流體在微重力作用下驗證板式部件的爬升能力，以及液體在重定位過程中板式部件抑制液體晃動的能力，試驗在Santa Clara大學的落塔上進行，文章為 “M. K. Reagan, W. J. Bowman. Analytical and experimental modeling of zero/lowgravity fluid behavior. AIAA87-1865”;萊特航空發(fā)展中心的 Μ· K. Reagan 和 W. J. Bowman在1994年研究了溝槽狀板式部件在微重力環(huán)境下的流動傳輸機理，通過落塔試驗得到了不同時刻流體在溝槽內(nèi)的三維分布，文章為“M. K. Reagan, ff. J. Bowman. Transient studiesof G—induced capillary flow. Journal of Thermophysics and Heat Transfer. vl3n41999” ；Purdue 大學的 Yon 然 ang Chen 和 Steven H. Collicott 在 2004 年對圓柱型容器板壁間的表面張力驅(qū)動流進行了落塔試驗研究，得到了幾何參數(shù)、接觸角、流體粘性、粗糙度、板的厚度以及板的傾斜角對驅(qū)動速度的影響，并對界面輪廓線在時間和空間上的分布規(guī)律進行了深入研究，文章為 “Chen, Y, Weislogel Μ. M, Nardin C. L. Capillary-drivenflows along rounded interior comers.Journal of Fluid Mechanics， Vol.566，2006，p235-271”；國外在板式管理裝置研制方面進行了多次空間搭載試驗，其中典型的有FARE2項目、VTRE項目和NASA在國際空間站上進行的一系列微重力環(huán)境下流體傳輸性能試驗項目，文章分別為 “S. Dominick, J. Tegart. Orbital Test Results of aVaned Liquid Acquisition Device. AIAA94_3027”、“David J, Timothy A. Vented TankResupply Experiment-FIight Test Results. AIAA97_2815”、“Mark M. ffeislogel, StevenH. Collicott, et al. The Capillary Flow Experiments Handheld Fluids Experimentsfor International Space Station. AIAA2004-1148，，。由于板式貯箱等板式管理裝置的研制和相關試驗驗證技術涉及到國家安全，掌握了該項技術的國家往往進行技術封鎖，國外能夠提供的資料很不全面，只能起一定的借鑒作用，發(fā)表的相關文章中均為提及詳細的試驗系統(tǒng)設計和試驗驗證方法，對板式貯箱的機 理研究需要自行搭建試驗系統(tǒng)，開展大量的微重力試驗，總結(jié)微重力試驗驗證方法，得到充分的第一手資料，這些基礎資料是不可能從國外文獻中獲得的。綜上所述，板式表面張力貯箱流體傳輸性能試驗系統(tǒng)和試驗方法是進行“航天器在軌加注技術研究”課題過程中摸索和總結(jié)的成果，整個系統(tǒng)和試驗方法均是全新的，國內(nèi)沒有相關的文獻和資料可以借鑒，國外也極少公開紕漏類似試驗系統(tǒng)和試驗方法。為了實現(xiàn)貯箱流體傳輸性能驗證，結(jié)合生產(chǎn)過程的實踐和經(jīng)驗，首次提出了板式表面張力貯箱流體傳輸性能的試驗系統(tǒng)和試驗方法。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的技術解決問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種板式表面張力貯箱流體傳輸性能試驗系統(tǒng)和試驗方法，能夠有效地驗證微重力環(huán)境下板式貯箱的流體管理和傳輸能力。本專利技術的技術解決方案是板式貯箱流體傳輸性能驗證的微重力試驗系統(tǒng)，包括地面加注與控制模塊和落塔雙艙試驗模塊兩部分；所述地面加注與控制模塊，在落塔試驗前為落塔雙艙試驗模塊充氮氣和加注推進劑模擬液；地面加注與控制模塊包括氮氣瓶(7)、加氣閥(8)、氣路控制臺(9)、加液閥(10)和模擬液箱(11);氮氣瓶(7)通過加氣閥(8)、氣路控制臺(9)依次連接；模擬液箱(11)和加液閥(10)連接；模擬液箱(11)內(nèi)部盛裝有推進劑模擬液；加氣閥(8)用于控制氮氣氣源開閉，氣路控制臺(9)用以調(diào)整注入充液貯箱模型(I)的氮氣量，通過調(diào)節(jié)加液閥(10)開度，用以限制注入充液貯箱模型(I)中的推進劑模擬液量；所述落塔雙艙試驗模塊，用于測量和驗證被充液貯箱模型(2)內(nèi)的流體傳輸行為，控制流體傳輸時間；落塔雙艙試驗模塊包括充液貯箱模型(I)、被充液貯箱模型(2)、自鎖閥(3)、自鎖閥控制器(4)、圖像采集裝置(5)、放氣閥(6)和管路三通(12);放氣閥(6)與被充液貯箱模型⑵的氣口③連接；自鎖閥⑶的兩端分別與被充液貯箱模型⑵的液口④和管路三通(12)的第二端口⑥連接，用來控制管路中液體傳輸量；管路三通(12)的第三端口⑦與充液貯箱模型(I)的液口②連接；所述自鎖閥控制器(4)與自鎖閥(3)連接，通過設置自鎖閥控制器(4)調(diào)節(jié)自鎖閥(3)的自動開關時間；圖像采集裝置(5)位于被充液貯箱模型⑵正前方5 I本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
板式貯箱流體傳輸性能驗證的微重力試驗系統(tǒng)，其特征在于：包括地面加注與控制模塊和落塔雙艙試驗模塊兩部分；所述地面加注與控制模塊，在落塔試驗前為落塔雙艙試驗模塊充氮氣和加注推進劑模擬液；地面加注與控制模塊包括氮氣瓶(7)、加氣閥(8)、氣路控制臺(9)、加液閥(10)和模擬液箱(11)；氮氣瓶(7)通過加氣閥(8)、氣路控制臺(9)依次連接；模擬液箱(11)和加液閥(10)連接；模擬液箱(11)內(nèi)部盛裝有推進劑模擬液；加氣閥(8)用于控制氮氣氣源開閉，氣路控制臺(9)用以調(diào)整注入充液貯箱模型(1)的氮氣量，通過調(diào)節(jié)加液閥(10)開度，用以限制注入充液貯箱模型(1)中的推進劑模擬液量；所述落塔雙艙試驗模塊，用于測量和驗證被充液貯箱模型(2)內(nèi)的流體傳輸行為，控制流體傳輸時間；落塔雙艙試驗模塊包括充液貯箱模型(1)、被充液貯箱模型(2)、自鎖閥(3)、自鎖閥控制器(4)、圖像采集裝置(5)、放氣閥(6)和管路三通(12)；放氣閥(6)與被充液貯箱模型(2)的氣口③連接；自鎖閥(3)的兩端分別與被充液貯箱模型(2)的液口④和管路三通(12)的第二端口⑥連接，用來控制管路中液體傳輸量；管路三通(12)的第三端口⑦與充液貯箱模型(1)的液口②連接；所述自鎖閥控制器(4)與自鎖閥(3)連接，通過設置自鎖閥控制器(4)調(diào)節(jié)自鎖閥(3)的自動開關時間；圖像采集裝置(5)位于被充液貯箱模型(2)正前方5～10cm處。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：莊保堂，李永，胡齊，潘海林，李澤，
申請(專利權)人：北京控制工程研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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