膜盒贮箱推进剂补加过程的建模与仿真

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1、第32卷第6期航天器环境工程Vol.32,No.62015年12月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING589http://www.bisee.ac.cnE-mail:htqhjgc@126.comTel:(010)68116407,68116408,68116544膜盒贮箱推进剂补加过程的建模与仿真孙威，左岁寒，张峤，魏传锋（中国空间技术研究院载人航天总体部，北京100094）摘要：推进剂在轨补加是确保空间站长期工作的重要条件。为了使补加工作顺利实施，需要对推进剂补加过程进行专门的研究。航天器常用推进剂如一甲基肼、四氧化二氮等有剧毒，地面模拟补加试验常采用无毒的模

2、拟工质。但由于两种物质的物性参数存在差异，导致模拟的补加过程和效果与实际情况有差异。文章参考国外空间站补加系统构成形式和补加过程，建立膜盒贮箱推进剂补加过程的数学模型，通过将仿真结果与地面试验数据对比验证了数学模型的准确性。进一步对两种推进剂的补加过程进行仿真分析，并与纯净水补加数据对比。结果表明：液体工质的体积流率与密度存在反比关系，即一甲基肼的补加速率高于纯净水，四氧化二氮的补加速率则低于纯净水。关键词：空间站；推进剂补加；膜盒贮箱；仿真分析+中图分类号：V419.9文献标志码：A文章编号：1673-1379(2015)06-0589-04DOI:10.3969/j.issn.1673-

3、1379.2015.06.004SimulationandanalysisofpropellantrefuelingprocessofmembranetankSunWei,ZuoSuihan,ZhangQiao,WeiChuanfeng(InstituteofMannedSpaceSystemEngineering,ChinaAcademyofSpaceTechnology,Beijing100094,China)Abstract:Propellantrefuelingisnecessaryforthelong-termoperationofspacestations.Refuelingof

4、thepropellanttankisakeyprocesssinceitrelatestoboththecargospaceshipandthespacestation,besides,thereisliquidpropellantflowingbetweentwospacecrafts.Manypropellantsaretoxic,however,theflowexperimentsonthegroundusuallyusenontoxicliquidinsteadoftoxicpropellantincaseofleakage.Becausethephysicalcharacteri

5、sticsofthenontoxicliquidaredifferentformthoseoftherealpropellants,theirflowpropertiesarealsodifferent.Inthispaper,anumericalmodelisbuiltfortherefuelingcourseofapropellanttank,andthesimulationresultsarecomparedwiththeexperimentaldatausingpurewater,inordertovalidatetheaccuracyofthenumericalmodel.Ther

6、efuelingcoursesofrealpropellants,MMHandMON-1,areinvestigatedandcomparedtothatofpurewater.Itisfoundthatthevolumeflow-rateofMMHishigherthanthatofpurewater,whilethatofMON-1islowerthanthatofpurewater.Keywords:spacestation;propellantrefueling;membranetank;simulationanalysis0引言采用的就是苏联（俄罗斯）的补加技术。俄罗斯在空间站上使

7、用的基于膜盒贮箱和增为了延长目标航天器在轨寿命，需要实施推进[1]。早期推进剂在轨补加只是直接传输压气体回用的技术是至今唯一投入工程应用的补剂在轨补加[5]推进剂而已[2]。随着新技术的发展，出现了更换推加技术。其主要补加步骤如下：携带了推进剂的进剂贮箱甚至整个推进系统模块等补加方式[3-4]，货运飞船与空间站对接，空间站通过自身携带压气但这些新的补加方式还停留在小型演示验证试验机为膜盒贮箱建立低气压环境，利