高低温环境试验箱体的结构设计与内部流场分析

摘要

建立高低温环境试验系统对航天器进行空间环境试验是保证航天器飞行安全性与可靠性的重要途径。本文所涉及的高低温环境试验系统主要由高低温试验箱体，冷热源供给系统，循环管路系统，控制系统等组成；其中，高低温试验箱体是试验系统的重要组成部分。作为构建试验环境的围护结构，高低温试验箱体不仅需要承受试验高、低温交变冲击，还需承担各种试验设备及试验对象等产生的机械载荷。试验箱体内的气体环境必须满足试验系统所需的温度场与流场的各项性能指标。因此，对高低温试验箱体的设计及箱体内气流组织的分析很有必要。
　　本文基于航天器试验的具体指标需求，对高低温环境试验系统的试验箱体进行了结构设计，并对试验箱体内气体环境的温流场及气流组织等关键性问题进行模拟分析和优化。首先，试验箱体的结构采用内、外框架弱连接的分离式结构形式，内外框架之间填充多层绝热材料作为试验箱体保温结构。试验箱体的转接平台通过吊杆穿过试验箱体顶部保温层固定在外框架上，主要承受航天试验的吊挂载荷；地面支撑平台采用模块化设计，通过不锈钢立方框架支撑孔板，实现地面试验设备载荷支撑与静压室的复合功能。其次，本文对试验箱体中的内框架、转接平台以及地面支撑平台等进行了优化分析，优化确定内框架面板采用具有良好刚性的直角波纹板形式；地面支撑平台孔板的参数及布置形式对支撑孔板的机械性能及通风效率存在影响，通过模拟优化支撑平台的孔板布置。另外，本文对试验箱体围护结构的传热性能进行计算分析，计算试验箱体的动态负荷和稳态负荷，并在此基础上确定试验箱体采用孔板送风的气体组织方式。最后，通过CFD模拟仿真分析孔板布置对内部气流组织的影响，结果表明，在孔板气流组织形式下，可以使进入空间温场内的气流满足试验所需条件，并获得均匀性和稳定性较优的温度场、流场，该气流组织方案在-120℃~+170℃整个温度范围内具有良好适应性。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究的背景及意义

1.2 高低温环境试验技术的研究与发展现状

1.3 气流组织的研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第二章 高低温环境试验箱体概述

2.1 高低温环境试验箱体介绍与功能要求

2.2 高低温环境试验箱体结构与功能实现

2.3 高低温环境试验箱体设计的关键问题

2.4 本章小结

第三章 高低温环境试验箱体的设计与结构分析

3.1 试验箱体内框架主体的结构设计与优化

3.2 试验箱体内转接平台的结构设计

3.3 试验箱体地面支撑平台的结构设计

3.4 本章小结

第四章 试验箱体冷热负荷计算与送风参数优化分析

4.1 试验箱体保温结构设计

4.2 试验箱体保温材料校核计算以及稳态冷热负荷计算

4.3 试验箱体内风量计算

4.4 试验箱体内送回风系统的设计

4.5 本章总结

第五章 箱体内气体环境的模型建立与分析优化

5.1 高低温环境试验流场模型建立

5.2 不同风量下温度场特征

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的学术成果