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航天高低温环境模拟试验台温场和流场特性的模拟优化和实验研究

李冬冬  
【摘要】:空间高低温环境的模拟试验是保证空间飞行安全性和可靠性的重要保障。要实现空间高低温环境的地面模拟,对航天机构进行性能检测和结构优化,保证空间运行能够顺利进行,设计和研制能够满足特定环境模拟试验要求的高低温环境模拟试验系统成为问题的关键。本文根据航天试验的环境要求和任务需要,对高低温模拟试验系统进行了理论计算、模拟分析和实验研究,对系统的温场环境及气流组织等关键性问题进行研究和优化,并在此基础上,设计了一套稳态高低温环境模拟试验台,对其运行过程中的温场和流场的特性进行了实验研究。通过分析研究,得到的主要结论为:试验空间内的温场和流场的均匀性和稳定性的分析与优化,主要是针对送风系统中的送风孔板气流组织进行模拟分析与优化,设计了非均匀布孔方式优化方案,并优化送风风量,使得气流更为均匀地进入环境模拟实验箱内部,较好的改进试验空间内的温场均匀性和流场稳定性。通过模拟分析知,优化后的孔板气流组织形式下,可以使进入空间温场内的气流速度小于1.3m/s,温度均匀度达到较好的±1.5K,可以获得均匀性和稳定性较优的温场和流场,优化方案在-100℃~+135℃整个温度范围内具有普适性。通过实验,验证了该气流组织和送风流量的优化能很好的改善温场和流场的均匀性与稳定性,使得空间内部的温度梯度在不同温度工况下都能保持±3K以内,最大压力差保持在50Pa以下,减小空气流动对内部被测件的影响,保证地面模拟过程的真实性和可靠性。实验研究表明,设计研制的环境模拟系统和经过优化的孔板气流组织能够完全满足不同温度试验工况下对温度均匀性和流场稳定性的要求,达到了设计目的,为后期的试验提供有利的保障。


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