第四章微重力要点ppt课件.ppt

《第四章微重力要点ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第四章微重力环境及其模拟技术4.1微重力环境航天器在空间轨道上围绕地球转动是因为航天器具有一定大小的速度（动能）并受到地球引力的作用，轨道一般为椭圆，也有圆轨道，以圆轨道为例说明航天器的受力状态，航天器所受地球引力ƒ的大小为:航天器在圆轨道上运动，在理想情况下，所受外力就是重力，即f=mg其方向指向地球中心。当航天器的速度值达到第一宇宙速度，重力和离心力两者抵消。这种情况称为“失重”。练习轨道高度飞行速度运行周期1300Km21000Km310000Km4地球同步卫星23h56m4s地球半径：6371Km微重力环境卫星轨道为椭圆形，其重力不

2、可能绝对为零。重力加速度相当于地面重力加速度的10-3g～10-6g。一般用g=9.8m/s2，来表示地面重力加速度，空间轨道上航天器上的重力加速度值为10-3～10-6g，这种环境称为微重力环境。天体的引力被与其方向相反的惯性力大部分抵消后，剩余的微弱重力环境，称为微重力环境。航天器在实际运行中，常常还会受到地球引力以外的非引力的干扰和作用，其结果将导致航天器及其内部的物体获得额外的加速度。此时，物体与物体之间、物体与航天器之间将产生相互作用力，表现出“重力”，一般情况下，这种“表观重力”很微小，被称作微重力。总之，航天器中的微重力环境是

3、由于航天器在引力场中运行时，受到非引力的作用而导致的一种诱发环境，是相对于航天器中的失重或“零重力”环境而言的。4.2微重力环境模拟技术在地面模拟微重力环境是进行空间材料加工必不可少的先期工作。在微重力环境下，可以了解材料在空间微重力条件的各种性质，找出空间材料加工实验的方法，筛选出最可靠，最有经济价值和实际推广价值的材料，还可为飞行设施提供可靠的设计依据，确定研制空间飞行装置的可行性。因此，微重力环境的地面模拟技术是非常重要的。模拟方法：数学模拟和物理模拟物理模拟1、落管在抽真空的管中，可利用样品的自由落体来获得微重力条件。管内抽真空，真

4、空度10-4Pa。微重力水平一般在10-3～10-6g，微重时间约4.5s左右，试验样品较小。美国马歇尔空间飞行中心建有30m、100m落管。如30m落管，2.5s；l00m落管，4.5s2、落塔落塔不同于落管。它是依靠真空试验箱使样品随箱一起在落塔内的空气中自由下落。如刘易斯研究中心的145m带真空落箱的落塔，是用0.45～0.6m厚的钢筋混凝土围成的降落井，井高155m，直径8.7m。真空落箱高11m，直径6.1m，箱壁厚1.6～2.5cm。微重力时间可达5～10s。当下落132m时可获10-5g加速度。美国还建有数个落塔，塔高分别为7

5、5m、130m和170m。做了大量的流体静力学、动力学和燃烧试验，以及对难熔难混合金和复合材料固化等进行了研究。法国的落塔，塔高40余米，已进行了1000多次实验。德国建有314m地下落塔，用于材料生产实验。日本利用高层建筑开展了金属结晶实验。中国建有高50m的落塔，进行液体动力学研究。3、高空气球当气球上升至预定高度时，立即切断连接件。实验舱体自由下降而创造了微重力条件，实验完毕打开降落伞回收。法国空间中心进行过高度为35km的气球实验，微重力时间为15s，微重力水平为10-3g。日本的气球实验高度为29km，微重力时间为20s，微重力水

6、平为10-3g。在高空气球上进行了微重力物理与材料实验。4、火箭实验探空火箭是进行空间材料实验的一种较为理想的工具，它模拟空间微重力时间达5～10min，微重力水平小于10-4g。用它足以研究空间材料加工过程中的许多特殊效应，能对各种新材料、新工艺进行原理性探讨，能对各类新装置、新系统进行方案性论证试验。美国早在70年代初就开始了空间材料加工研究，利用黑雁VC和奈克-黑雁VC探空火箭进行实验，截至1981年进行了9次火箭发射实验，完成了49项材料实验，其中包括加工装置、自动操作原理验证。该实验装置重50～190kg，火箭飞行高度255km,

7、每次飞行提供的微重力持续时间为5～7min，微重力水平为10-4g以下。苏联从1976年开始用和平2号高空探测火箭进行空间材料制造实验。至1979年，利用火箭进行了涉及合金凝固、制备新型复合材料等领域约70项技术实验。火箭飞行高度达500km,微重力持续时间为10～15min,微重力水平为10-4g以下。联邦德国和瑞典合作，利用TEXUS探空火箭，进行微重力技术实验计划，并于1977年开始用美国的云雀—7探空火箭进行了空间材料实验，到1983年进行了9次火箭发射，取得了晶体生长、新型合金和无容器接触加工等方面的一系列实验数据与经验。日本于1

8、980年9月开始用TT—500A火箭进行材料实验，截止1983年已发射了6次火箭。TT-500A火箭的飞行高度达300km，能携带330kg有效载荷，提供微重力持续时间达6min