在軌發動機在設計壽命中可能進行數萬次的點火,逐漸積累下來的羽流污染可以改變星體表面屬性或直接損壞科學儀器,直至威脅到衛星的壽命。為研究發動機羽流對衛星的影響,建立針對太陽反光鏡,光學儀表和低溫紅外感測器等重要載荷的羽流污染預報系統,羽流的試驗研究是最根本途徑。
基本介紹
- 中文名：羽流試驗
- 外文名：Plume test
- 目的：研究發動機羽流對衛星的影響
- 影響：直接損壞科學儀器等
- 內容：空間環境模擬等
- 解決方法：建立羽流污染預報系統
簡介,試驗內容,空間環境模擬,發動機參數,壓力場測量,發展史,
簡介
在軌發動機在設計壽命中可能進行數萬次的點火,逐漸積累下來的羽流污染可以改變星體表面屬性或直接損壞科學儀器,直至威脅到衛星的壽命。為研究發動機羽流對衛星的影響,建立針對太陽反光鏡,光學儀表和低溫紅外感測器等重要載荷的羽流污染預報系統,羽流的試驗研究是最根本途徑。
試驗內容
空間環境模擬
空間環境的地面模擬系統是羽流試驗必須攻克的重大難題。
在STG做肼分解羽流試驗的低溫真空艙和愛得華空軍基地高軌低溫艙CHAFF-IV發現,要想在發動機工作時維持真空艙內較高的真空度有兩種方案:
(1)體積巨大真空艙和龐大的擴散泵機組;
(2)低溫冷阱系統。
STG和CHAFF-IV用液He抽氣系統的主要目標是用來冷凝吸附肼分解產生的H2。但液氦冷阱系統的製造和運行費用昂貴,國內裝備液氦冷卻系統的空間環境模擬艙很少,不可能專門用來做羽流試驗。雖然液氮冷阱系統技術成熟,運行成本低廉,但是冷阱壁溫一般為90K左右,發動機羽流成分中大部分氣體不能得到充分冷凝吸附,艙內真空度無法維持。為解決這一矛盾,必須製造一台發動機,排放氣體凝結溫度較高,到達冷阱壁面的氣體全部被深冷表面捕獲,維持艙內真空度不被破壞。
發動機參數
模擬發動機的關鍵參數是氣體流過不鏽鋼盤管後的溫升幅度和進入發動機時溫度的穩定度。由於發動機結構和材料的原因,設計的盤管壁溫低於850℃。為減小發動機入口氣流的擾動影響,使發動機燃燒室壓力穩定,盤管內氣體的流速應遠低於聲速,但流速過低又會大幅降低換熱係數。
壓力場測量
用皮托管測試氣體壓力成熟可靠。因高空羽流場壓力測量的特殊性,對探頭形狀及尺寸的選擇和測點位置的要求更高。羽流在噴口附近變化劇烈,直徑較大的探針無法測得羽流壓力變化特徵,同時因從探針入口至壓力變送器的測量管路有一定的容積,氣體自測量端進入至填充平衡需一定時間,探針口徑過小又會影響測量的回響速度,特別是在分子極稀薄的遠流場。另外,為儘可能降低皮托管間的相互影響,探針測量端的間距應大於其直徑的10倍。
羽流試驗
羽流試驗發展史
國外學者對羽流及其污染進行了長期的研究並取得了很好成績,包括一些理論方法的發展和試驗測量的研究。 Legge等人分別做了氮氣和肼分解羽流壓力場的試驗研究.國內對羽流的研究主要基於模擬計算,羽流試驗研究剛剛起步,程曉麗等曾做過氮氣氣流的羽流測量工作,積累了寶貴經驗,但受試驗設備能力限制,遠場試驗沒有達到預期效果。
