發(fā)布時(shí)間：2021-08-15 23:32

　　燃燒是人類(lèi)獲取能源、動(dòng)力和產(chǎn)生推力的主要手段,加深對(duì)燃燒現(xiàn)象的科學(xué)理解具有重要意義,而重力對(duì)燃燒的影響是是顯而易見(jiàn)的。加深對(duì)微重力或低重力環(huán)境下燃燒現(xiàn)象的研究,有助于提高人類(lèi)預(yù)測(cè)和預(yù)防火災(zāi)的能力,這也是載人航天實(shí)踐中防、滅火工程的實(shí)際需要。目前大部分微重力燃燒實(shí)驗(yàn)都是通過(guò)地面實(shí)驗(yàn)設(shè)施實(shí)現(xiàn)的,因此受到了微重力時(shí)間和微重力水平的限制,而空間站為這些研究提供了完美的微重力環(huán)境。2022年左右,中國(guó)載人空間站將建成,可以支持大規(guī)模和多學(xué)科的空間科學(xué)研究,微重力燃燒實(shí)驗(yàn)就是其中之一。中國(guó)空間站燃燒柜項(xiàng)目就是為空間站燃燒實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)安全可靠的平臺(tái),利用此平臺(tái)可以進(jìn)行氣體,液體和固體燃燒實(shí)驗(yàn)。本文也是基于此項(xiàng)目,以空間站燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研制為背景,根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn),參考國(guó)際空間站燃燒綜合實(shí)驗(yàn)柜（CIR）設(shè)計(jì),結(jié)合實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)并對(duì)方案進(jìn)行了分析驗(yàn)證。本文第2章給出了燃燒室設(shè)計(jì)原則,對(duì)有限元分析方法和力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)方法進(jìn)行了介紹,為后面的有限元仿真分析和力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)提供理論支持。第3章對(duì)燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)。對(duì)任務(wù)目標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)分析,針對(duì)系統(tǒng)應(yīng)該具有的功... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁(yè)數(shù)】：96 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

微重力實(shí)驗(yàn)設(shè)施特征時(shí)間和微重力水平[9]

該?鐘的微重力時(shí)間。早在50年代日本就利用自由落體設(shè)施對(duì)液滴的燃燒進(jìn)行了微重力實(shí)驗(yàn)[8]；美國(guó)航空航天局（NASA）也建立了30米高的落塔（提供2.2秒微重力時(shí)間）和155米落井（5—10秒微重力時(shí)間），并在該設(shè)備上進(jìn)行了氣體射流擴(kuò)散燃燒的試驗(yàn)研究[9]；德國(guó)在Bremen也建立了相似的設(shè)備[10-12]。各個(gè)國(guó)家利用這些裝置進(jìn)行了大量的微重力實(shí)驗(yàn)，并取得了很多有價(jià)值的研究成果。近幾年來(lái)，我國(guó)在微重力研究方面也在快速發(fā)展，成立了中國(guó)科學(xué)院國(guó)家微重力實(shí)驗(yàn)室，建立了百米落塔，微重力時(shí)間為3.6秒，對(duì)多方面進(jìn)行了研究。圖1.3為我國(guó)微重力實(shí)驗(yàn)室百米落塔的內(nèi)部與外景圖，落塔內(nèi)是艙體結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)艙下落過(guò)程中可以獲得10-5g的微重力條件[7]。圖1.3我國(guó)微重力實(shí)驗(yàn)室百米落塔實(shí)驗(yàn)艙[7]及外景圖Figure1.3100-meterfallingtowerexperimentcabinandlocationmap2、拋物線飛機(jī)與探空火箭雖然落塔可以提供2-10秒的微重力時(shí)間，但使對(duì)于需要較長(zhǎng)微重力時(shí)間的實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，落塔存在明顯的缺點(diǎn)。與落塔實(shí)驗(yàn)相比，飛機(jī)作拋物線飛行能提供更長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，能提供5~25s的微重力實(shí)驗(yàn)時(shí)間，而且每次飛行可作30個(gè)以上的拋物線飛行，但其能達(dá)到的微重力水平較差，微重力水平難以超過(guò)0.001g。利用探空火箭可以得到更長(zhǎng)的微重力時(shí)間，火箭將實(shí)驗(yàn)裝置送入高空，箭體分離后實(shí)驗(yàn)裝置靠慣性繼續(xù)上升，然后落向地面，微重力環(huán)境可以持續(xù)幾分鐘，這就極大地方便了微重力燃燒實(shí)驗(yàn)的觀察和測(cè)試。六十年代NASA用改裝后的KC-135飛機(jī)作拋物線飛行，利用其提供的微重力條件（30秒左右微重力時(shí)間、10-2g的微重力水平）作了大量研究工作[11-14]。

空間站燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)與力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)研究4圖1.4美國(guó)NASA典型拋物線飛行軌跡[17,18]Figure1.4TypicalNASAparabolicflighttrajectory3、太空飛行搭載太空飛行搭載實(shí)驗(yàn)可以提供穩(wěn)定的微重力環(huán)境，較長(zhǎng)的微重力時(shí)間，同時(shí)實(shí)驗(yàn)可以由研究人員直接進(jìn)行。目前太空飛行實(shí)驗(yàn)裝置主要是美國(guó)的航天飛機(jī)和國(guó)際空間站[15]。1974年，美國(guó)在Skylab上完成了首次空間燃燒實(shí)驗(yàn)[16]。我國(guó)也利用返回式衛(wèi)星進(jìn)行了大量的微重力實(shí)驗(yàn)。綜上所述，由于微重力燃燒實(shí)驗(yàn)樣品種類(lèi)多、特征時(shí)間長(zhǎng)、測(cè)量診斷要求高，一般地基設(shè)施和微重力設(shè)備提供的微重力條件的時(shí)間和實(shí)驗(yàn)空間都遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了研究工作的要求，而空間站為這些研究的開(kāi)展提供了可能，使得地基實(shí)驗(yàn)中無(wú)法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)得以實(shí)現(xiàn)，成為科學(xué)研究的制高點(diǎn)，所以開(kāi)展空間站微重力燃燒實(shí)驗(yàn)研究對(duì)微重力燃燒的發(fā)展具有重要意義。1.2國(guó)內(nèi)外空間微重力燃燒研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外空間微重力燃燒研究現(xiàn)狀到目前為止國(guó)外各國(guó)建成并長(zhǎng)期使用的空間站有前蘇聯(lián)/俄羅斯的“禮炮號(hào)”系列空間站，和平號(hào)空間站，美國(guó)的天空實(shí)驗(yàn)室（Skylab），歐洲的空間實(shí)驗(yàn)室（Spacelab）和國(guó)際空間站（ISS）[20-23]。早期的空間站內(nèi)研究的主要是生物醫(yī)學(xué)，地球、物理和材料等方向，只有很少燃燒方面的實(shí)驗(yàn)研究。在空間站失火事故和美國(guó)阿波羅號(hào)飛船火災(zāi)后，各國(guó)開(kāi)始認(rèn)識(shí)到微重力下防火滅火研究的重要性，認(rèn)識(shí)到微重力燃燒科學(xué)的發(fā)展是十分必要的[19]。由于空間燃燒科學(xué)研究的重要性，美、俄、日本等國(guó)和歐盟投入了大量的人力、物力及財(cái)力來(lái)支持和推動(dòng)空間燃燒科學(xué)研究的發(fā)展。吸引了一批高水平的研究學(xué)者，匯聚到這一領(lǐng)域，使其在國(guó)際空間科學(xué)的前沿研究中十分活躍。國(guó)際空間站建成后，美、歐、日等國(guó)均在上面進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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