CN119284213B 一种空间变重力流体贮箱在轨运动模拟实验装置及方法 （中国科学院力学研究所）

号一种空间变重力流体贮箱在轨运动模拟实本发明公开了空间在轨流体管理技术领域的一种空间变重力流体贮箱在轨运动模拟实验以调整实验贮箱与变重力离心平台的离心加速2旋转机构，用于驱动所述实验贮箱旋转，以调整所述实验贮箱与振动机构，用于驱动所述实验贮箱及所述旋转机构同时进行直所述旋转机构与所述振动机构协同作用，能够模拟集旋转与平动组合所述旋转机构驱动所述实验贮箱在轨旋转的角度区间为0~180o，旋转角速度区间为所述振动机构对所述实验贮箱施加振动的振动频率区间为0.5_1Hz,最大振动幅度所述实验贮箱通过所述贮箱安装固定法兰转动安装于所述旋转支架2.根据权利要求1所述的一种空间变重力流体贮箱在轨运动模拟实验装置，其特征在所述实验贮箱中间为圆柱形壳体，所述实验贮箱的两所述连接轴与所述实验贮箱的短轴共线，所述旋转机构能够驱动所述轴旋转，以调整所述实验贮箱的长轴与所述变重力离心平台的离心加速度方向之间的夹所述长轴为经过所述实验贮箱中心的最长的中心线，所述短轴为经过所3.根据权利要求1或2所述的一种空间变重所述振动机构包括直线电机、移动平台和滑轨，所述实验贮箱及所所述直线电机用于驱动所述移动平台沿所述滑轨直线4.根据权利要求3所述的一种空间变重力流体贮箱在轨运动模拟实验装置，其特征在3所述振动机构还包括光栅尺和读数头，所述移动平台能够在所述直线所述读数头固定安装于所述移动平台上，以向所述直线电机反馈所述所述光栅尺上顺次布置有与所述直线电机的电机控制电路连接的左限使用权利要求1_4中的任意一项所述的空间变重力流体贮箱在轨运动模拟实验装置，4以确保与流体相关的系统能够正常运行并完成特定的功能。这些活动通常包括流体的贮56验系统及方法适应于变重力离心平台3提供的微重力或变重力环境，即基于变重力离心平7台3模拟的变重力或微重力空间环境，本发明中所有的实验部件及实验方法都是基于此构[0064]实验贮箱4是在空间变重力在轨流体实验中用于观测气液界面、气液两相分布及[0069]所述上半贮箱401的体积大于所述下半贮箱402的体积，使所述实验贮箱4的中心贮箱4上方观测到实验贮箱4内中心最大轴截面处的气液界实验贮箱4的两端为对称设置的半球形壳体，并且所述半球形壳体的直径与圆柱形壳体的[0072]两个所述半球形壳体球心的连线与变重力离心平台3的离心加速度方向一致，即8[0076]所述进液口403和所述出液口404沿变重力离心平台3的离心加速度方向对称设置[0077]所述上半贮箱401上设置有观测刻度704，并且所述观测刻度704沿变重力离心平[0080]本发明中流体观测装置7通过阴影法实现实验贮箱4内实验液体气液界面的形貌相机701及所述实验贮箱4位于一条直线上，以利用阴影法观测实验贮箱4内气液界面的实[0084]所述固定相机701配合所述随动相机703能够对所述实验贮箱4内气液界面进行准[0087]因此，在所述实验贮箱4上分别正对所述固定相机701和所述随动相机703设置有验贮箱4内气液界面与观测刻度704中的各刻度线保持平行，在实验贮箱4长轴方向中央处9的体积填充比大小，完成不同实验工况下气液界面形貌和在贮箱内位置的实时光学[0093]两组观测刻度704，其中一组正对固定相机701，即位于实验贮箱4的顶部中间位两组所述观测刻度704的距离不宜过近，以实验贮箱4的顶部中间位置的观测刻度704为零[0097]空间在轨流体管理装置活动中，是通过液体泵602来将储液贮箱5中的液体泵602[0100]所述实验贮箱4和所述储液贮箱5上与所述液体泵602连接的端口均位于其上远离[0101]所述液体泵602首尾两侧的管路上连接有换向电磁阀605，所述换向电磁阀605能所述实验贮箱4的充液率，以实现不同充液率条件下的气液界面在微重力条件下的静平衡实验贮箱4和储液贮箱5中的液相汇聚于远离变重力离心平台3中心的一侧，而气相被驱赶[0105]此时，所述实验贮箱4和所述储液贮箱5上与所述液体泵602连接的端口均处于液[0110]所述闭合回路上还设置有用于检测所述实验贮箱4和所述储液贮箱5液压的压力[0111]所述液体泵602出液端的管路上连接有流量计607，该流量计607不仅可以计算单[0115]通过换向电磁阀605将回路内流体可流动方向切换为由所述储液贮箱5向实验贮现实验贮箱4液体填充比从1090％的改变。由于实验贮箱4外壁为透明的，实验工质[0128]由于实验贮箱4有旋转与平动操作，工质输送软管要与实验贮箱4形成随动模为此在实验贮箱4的电机对侧设计了一个同轴随动载线盘，载线盘用作固定柔性管路和外对所述实验贮箱4施加平动和低频振动扰动，模拟气液界面受外力扰动过程中的气液界面;[0135]在变重力离心平台静止或运动(一级平台运动)的同时刻外加实现实验贮箱的在[0136]所述实验贮箱4、所述旋转机构8及所述振动机构9均安装于变重力在轨流体管理[0138]所述旋转机构8驱动所述实验贮箱4在轨旋转的角度区间为0～180°,旋转角速度[0139]所述振动机构9对所述实验贮箱4施加振动的振动频率区间为0.5_1Hz,最大振动[0141]所述实验贮箱4通过所述贮箱安装固定法兰转动安装于所述旋转支架上，所述步进电机801通过连接轴802与所述实验贮箱4连接，用于驱动所述实验贮箱4以所述连接轴[0143]所述连接轴802与所述实验贮箱4的短轴共线，所述旋转机构8能够驱动所述实验贮箱4绕其短轴旋转，以调整所述实验贮箱4的长轴与所述变重力离心平台3的离心加速度[0144]所述长轴为经过所述实验贮箱4中心的最长的中心线，所述短轴为经过所述实验[0148]所述读数头904固定安装于所述移动平台902上，以向所述直线电机901反馈所述[0149]所述光栅尺903上顺次布置有与所述直线电机901的电机控制电路905连接的左限[0151]使用上述的旋转机构8及振动机构9进行空间变重力流体贮箱在轨运动模拟的步[0152]启动变重力离心平台3，使变重力离心平台3变重力离心平台3按照实验项目要求天器贮箱局部温度变化对其内液体相变界面形貌等的影响以及推进剂受热产生的和相变不超过50℃。[0164]通过流体观测装置7对实验贮箱4气液界面形貌变化进行观测，并采集包括温度、[0168](2)变重力离心平台启动——变重力离心平台的变重力离心平台3按照实验项目[0169](3)调整填充比——由实验工质存储及充注系统驱动将储液器内的实验工质，按[0171](5)外力施加单元动作——实验装置内部的振动机构或旋转机构根据设定的作用[0172](6)实验观测——由固位和随动相机搭配背景光完成对实验对象(模型贮箱)气液