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                    板式表面張力貯箱導流板液體傳輸能力計算方法

                    來源:火箭推進 瀏覽 304 次 發布時間:2023-07-18

                    表面張力貯箱依靠推進劑管理裝置Propellant Manage Devices(PMD)蓄留和傳輸推進劑,PMD由表面張力元件組成。按工作方式,表面張力元件可以分為基于隔板形成楔角的開放式結構(包含導流板、楔形海綿體、貯液槽裝置等)和基于毛細網表面張力壓差的封閉式結構(包含氣泡陷阱、啟動籃、復合通道、篩網收集器等)。板式表面張力貯箱(以下簡稱“板式貯箱”)的PMD構成以開放式表面張力元件為主,通常包括導流板與出口附近的蓄液器。


                    板式貯箱因為結構簡單、零組件少、工藝性好、造價低、擴展性好等優點,在國外得到了大量應用。然而,由于地面環境不是微重力環境,板式貯箱不方便直接進行地面驗證,其設計主要依賴于理論計算或仿真計算。


                    本文首先研究了微重力環境下導流板進行液體驅動的原理,然后據此原理進行了導流板的理論計算,之后進行了中性浮力試驗,并將試驗結果與理論計算的結果進行了對比。

                    板式表面張力貯箱中的導流板結構通常應用于10-2~10-4m/s2微重力加速度下,而上表所列加速度已經達到了10-1m/s2,是因為本次計算針對直徑200 mm的貯箱。根據相似準則,中性浮力試驗基于Bond數相等,根據式(7),200 mm貯箱直徑下10-1m/s2時的導流板蓄留能力相當于1 000 mm貯箱直徑下4×10-3m/s2時的導流板蓄留能力。


                    可見,對試驗結果對應的加速度取3~4倍系數后,試驗結果與計算結果的一致較好。關于3~4倍系數,可以從如下2個方面理解:①理論計算有一定的簡化;②中性浮力試驗是相似試驗,主要考慮了Bond數相似,無法考慮其它的相似條件?;谏鲜鰞煞矫娴脑?,造成了該系數的存在。


                    結語


                    1)針對板式貯箱導流板不便進行地面驗證的問題,進行了理論計算研究與中性浮力試驗研究,通過計算結果與試驗結果的對比迭代,形成了一種經過修正的導流板液體傳輸能力計算方法。


                    2)將導流板液體傳輸能力計算方法進行了程序化,形成了一種工程可用的便捷的導流板計算軟件。


                    3)通過本文研究,促進了板式表面張力貯箱設計技術的發展,加深了從業人員對于導流板性能的認識。


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