燃燒是人類獲取能源、動力和產(chǎn)生推力的主要手段,加深對燃燒現(xiàn)象的科學理解具有重要意義,而重力對燃燒的影響是是顯而易見的。加深對微重力或低重力環(huán)境下燃燒現(xiàn)象的研究,有助于提高人類預測和預防火災的能力,這也是載人航天實踐中防、滅火工程的實際需要。目前大部分微重力燃燒實驗都是通過地面實驗設施實現(xiàn)的,因此受到了微重力時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,中國載人空間站將建成,可以支持大規(guī)模和多學科的空間科學研究,微重力燃燒實驗就是其中之一。中國空間站燃燒柜項目就是為空間站燃燒實驗提供一個安全可靠的平臺,利用此平臺可以進行氣體,液體和固體燃燒實驗。本文也是基于此項目,以空間站燃燒科學實驗柜燃燒科學實驗系統(tǒng)研制為背景,根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有經(jīng)驗,參考國際空間站燃燒綜合實驗柜（CIR）設計,結(jié)合實際情況對系統(tǒng)進行了方案設計并對方案進行了分析驗證。本文第2章給出了燃燒室設計原則,對有限元分析方法和力學環(huán)境試驗方法進行了介紹,為后面的有限元仿真分析和力學環(huán)境試驗提供理論支持。第3章對燃燒科學實驗系統(tǒng)進行了方案設計。對任務目標和技術指標進行了詳細分析,針對系統(tǒng)應該具有的功... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

微重力實驗設施特征時間和微重力水平[9]

該?鐘的微重力時間。早在50年代日本就利用自由落體設施對液滴的燃燒進行了微重力實驗[8]；美國航空航天局（NASA）也建立了30米高的落塔（提供2.2秒微重力時間）和155米落井（5—10秒微重力時間），并在該設備上進行了氣體射流擴散燃燒的試驗研究[9]；德國在Bremen也建立了相似的設備[10-12]。各個國家利用這些裝置進行了大量的微重力實驗，并取得了很多有價值的研究成果。近幾年來，我國在微重力研究方面也在快速發(fā)展，成立了中國科學院國家微重力實驗室，建立了百米落塔，微重力時間為3.6秒，對多方面進行了研究。圖1.3為我國微重力實驗室百米落塔的內(nèi)部與外景圖，落塔內(nèi)是艙體結(jié)構(gòu)，實驗艙下落過程中可以獲得10-5g的微重力條件[7]。圖1.3我國微重力實驗室百米落塔實驗艙[7]及外景圖Figure1.3100-meterfallingtowerexperimentcabinandlocationmap2、拋物線飛機與探空火箭雖然落塔可以提供2-10秒的微重力時間，但使對于需要較長微重力時間的實驗來說，落塔存在明顯的缺點。與落塔實驗相比，飛機作拋物線飛行能提供更長的實驗時間，能提供5~25s的微重力實驗時間，而且每次飛行可作30個以上的拋物線飛行，但其能達到的微重力水平較差，微重力水平難以超過0.001g。利用探空火箭可以得到更長的微重力時間，火箭將實驗裝置送入高空，箭體分離后實驗裝置靠慣性繼續(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驗的觀察和測試。六十年代NASA用改裝后的KC-135飛機作拋物線飛行，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]。

空間站燃燒科學實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件設計與力學環(huán)境試驗研究4圖1.4美國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驗可以提供穩(wěn)定的微重力環(huán)境，較長的微重力時間，同時實驗可以由研究人員直接進行。目前太空飛行實驗裝置主要是美國的航天飛機和國際空間站[15]。1974年，美國在Skylab上完成了首次空間燃燒實驗[16]。我國也利用返回式衛(wèi)星進行了大量的微重力實驗。綜上所述，由于微重力燃燒實驗樣品種類多、特征時間長、測量診斷要求高，一般地基設施和微重力設備提供的微重力條件的時間和實驗空間都遠遠滿足不了研究工作的要求，而空間站為這些研究的開展提供了可能，使得地基實驗中無法進行的實驗得以實現(xiàn)，成為科學研究的制高點，所以開展空間站微重力燃燒實驗研究對微重力燃燒的發(fā)展具有重要意義。1.2國內(nèi)外空間微重力燃燒研究現(xiàn)狀1.2.1國外空間微重力燃燒研究現(xiàn)狀到目前為止國外各國建成并長期使用的空間站有前蘇聯(lián)/俄羅斯的“禮炮號”系列空間站，和平號空間站，美國的天空實驗室（Skylab），歐洲的空間實驗室（Spacelab）和國際空間站（ISS）[20-23]。早期的空間站內(nèi)研究的主要是生物醫(yī)學，地球、物理和材料等方向，只有很少燃燒方面的實驗研究。在空間站失火事故和美國阿波羅號飛船火災后，各國開始認識到微重力下防火滅火研究的重要性，認識到微重力燃燒科學的發(fā)展是十分必要的[19]。由于空間燃燒科學研究的重要性，美、俄、日本等國和歐盟投入了大量的人力、物力及財力來支持和推動空間燃燒科學研究的發(fā)展。吸引了一批高水平的研究學者，匯聚到這一領域，使其在國際空間科學的前沿研究中十分活躍。國際空間站建成后，美、歐、日等國均在上面進行了大量實驗

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3345137