發(fā)布時間：2017-10-02 13:24

  本文關鍵詞：弱浮力過載電流下導線絕緣層早期燃燒特性研究

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【摘要】：隨著我國載人航天的不斷發(fā)展,特別是我國載人航天工程“三步走”規(guī)劃全面啟動以來,載人航天器的安全防火問題越來越得到國家的重視。載人航天器中存在著火三要素中,幾乎不可消除的兩要素,即助燃劑(必不可少氧氣)和潛在點火源(電子元器件),唯一可能消除的便是三要素中的另一要素：可燃物(非金屬材料),而導線絕緣層便是一種大量存在于航天器內(nèi)各個位置的非金屬材料,而且導線的過載或短路,也是主要潛在點火源之一,因此對于微重力下導線絕緣層著火特性的研究至關重要。由于導線過載所需時間較長,地基微重力設施微重力時間太短,無法滿足實驗需要,而空間微重力設施雖然微重力時間較長,但成本太過昂貴,機會也太過難得。本文根據(jù)“功能模擬”原理,同時結合窄通道實驗方法,在地面實驗室系統(tǒng)地模擬了弱浮力環(huán)境下聚乙烯(PE)導線絕緣層的早期燃燒特性。本文中研究的導線絕緣層早期燃燒特性主要指小電流過載下(3.9A)絕緣層未出現(xiàn)明火時的煙氣析出過程和溫升特性以及大電流過載下絕緣層著火過程的火焰形態(tài)變化、著火延遲時間、以及最小點火能等絕緣層著火特性。在論文第二章,采用“低壓功能模擬”方法,研究了低壓下導線絕緣層煙氣析出特性。結果表明,當壓力低于10kPa時,即模擬浮力水平低于10-2g,壓力大小為影響絕緣層煙氣析出過程的主要因素,壓力越低,反應速率越快,溫升速率也越快,但由于氧氣含量的降低,煙氣析出量也會相應降低。低壓環(huán)境(小于10kPa)下,由于浮力對流地削弱,絕緣層溫度遠高于常壓常重力下,這說明弱浮力下熱量積聚效應明顯增強,失火概率會相應增加。在論文的第三章,主要研究了常壓窄通道內(nèi)導線絕緣層早期燃燒特性。結果表明,隨著窄通道高度的增加,無論是水平窄通道還是豎直窄通道,燃燒持續(xù)時間和燃燒劇烈程度均快速增加。水平窄通道內(nèi),通道高度為10mmm時對浮力限制效果較好且受壁面冷熄效應影響較小。通道壁面材料對絕緣層煙氣析出過程及其溫升速率有著重要影響,無論是水平窄通道還是豎直窄通道,當窄通道高度較低時,弱冷熄材料(ABS)窄通道內(nèi)絕緣層的溫升速率和峰值溫度均遠大于強冷熄材料(硬鋁)。水平弱冷熄材料窄通道內(nèi)絕緣層煙氣析出速率及通道內(nèi)煙氣濃度均遠高于強冷熄材料通道內(nèi)同一時刻,且弱冷熄材料通道內(nèi),煙氣均勻包裹現(xiàn)象明顯,更趨近于微重力下絕緣層碳煙析出過程。在論文的第四章,鑒于通道高度過窄時壁面的冷熄作用嚴重和低壓模擬時氧氣濃度過低對化學反應速率的削弱作用較大,難以模擬更低水平的弱浮力環(huán)境,因此,將窄通道方法和低壓功能模擬相結合,進行低壓窄通道實驗。結果表明,絕緣層煙氣析出過程中,低壓各通道高度內(nèi)絕緣層峰值溫度及其峰值溫升速率都遠高于常壓下相同通道高度,表明隨弱浮力水平的升高,熱量積聚明顯增大,使其失火成為可能。水平低壓窄通道有利于延緩絕緣層的破裂脫落,水平無窄通道時,絕緣層會快速的從線芯周圍脫落,煙氣析出過程不明顯,且即使在10kPa純氧環(huán)境下絕緣層依然無法著火。而水平窄通道內(nèi)絕緣層脫落慢,煙氣析出過程清晰,10kPa純氧環(huán)境中,窄通道中絕緣層著火非常劇烈。在論文第五章,詳細介紹了2016年4月發(fā)射的中國第一顆返回式科學衛(wèi)星一“實踐十號”衛(wèi)星中有效載荷導線特性箱的研制過程、工作原理和預期目標。通過本文的研究,系統(tǒng)地模擬了弱浮力環(huán)境下導線絕緣層的早期燃燒特性,并對比了各種方法的模擬效果,可為定性地研究微重力下材料的著火性能提供一定的借鑒。
【關鍵詞】：弱浮力 低壓功能模擬 窄通道 電流過載 早期燃燒特性
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(工程熱物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V445.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 課題背景及意義11-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 國外研究進展13-15
• 1.2.2 國內(nèi)研究進展15-16
• 1.3 微重力弱浮力環(huán)境實現(xiàn)方法16-17
• 1.4 本文研究內(nèi)容和方法17-19
• 第二章 低壓功能模擬原理及實驗研究19-31
• 2.1 “低壓功能模擬”原理19-20
• 2.2 實驗系統(tǒng)及試樣20-22
• 2.2.1 實驗裝置和實驗描述20-21
• 2.2.2 實驗試樣簡介21-22
• 2.3 低壓功能模擬實驗研究22-29
• 2.3.1 典型低壓下(10kPa)導線絕緣層煙氣析出特性研究22-24
• 2.3.2 壓力對導線絕緣層煙氣析出特性的影響24-27
• 2.3.3 氧氣濃度對導線絕緣層煙氣生成特性的影響27-29
• 2.4 本章小結29-31
• 第三章 常壓窄通道導線絕緣層早期燃燒特性實驗研究31-57
• 3.1 常壓窄通道實驗原理31-32
• 3.2 常壓水平窄通道實驗研究32-44
• 3.2.1 實驗設備及實驗工況32-33
• 3.2.2 常壓水平窄通道導線絕緣層煙氣析出特性研究33-40
• 3.2.3 常壓水平窄通道導線絕緣層著火特性研究40-44
• 3.3 常壓豎直窄通道實驗研究44-54
• 3.3.1 實驗設備及實驗工況44-45
• 3.3.2 常壓豎直窄通道導線絕緣層煙氣析出特性研究45-50
• 3.3.3 常壓豎直窄通道導線絕緣層著火特性研究50-54
• 3.4 本章小結54-57
• 第四章 低壓窄通道導線絕緣層早期燃燒特性實驗研究57-71
• 4.1 低壓水平窄通道實驗研究57-63
• 4.1.1 低壓水平窄通道導線絕緣層煙氣析出特性研究57-61
• 4.1.2 低壓水平窄通道導線絕緣層著火特性研究61-63
• 4.2 低壓豎直窄通道實驗研究63-68
• 4.2.1 低壓豎直窄通道導線絕緣層煙氣析出特性研究63-66
• 4.2.2 低壓豎直窄通道導線絕緣層著火特性研究66-68
• 4.3 本章小結68-71
• 第五章 “實踐十號”衛(wèi)星有效載荷導線特性箱簡介71-77
• 5.1 實驗方案71-73
• 5.2 系統(tǒng)工作模式73-75
• 5.3 實驗裝置研制75-76
• 5.4 本章小結76-77
• 第六章 結論與展望77-81
• 6.1 結論77-78
• 6.2 主要創(chuàng)新點78-79
• 6.3 建議及展望79-81
• 符號表81-83
• 參考文獻83-87
• 致謝87-89
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文89

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中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 夏偉;弱浮力過載電流下導線絕緣層早期燃燒特性研究[D];中國科學院研究生院(工程熱物理研究所);2016年

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本文編號：959861