摘要：空间站进入应用与稳步发展阶段,将常态化实施航天员乘组轮换任务,太空环境对人体健康的影响也成为重要研究课题。在轨微重力条件下,航天员每月会流失1%~2%的骨质。航天员的健康表征,以及在太空中进行的动物实验表明,微重力会导致负重骨骼的显著流失和极限负荷力下降。由于条件的限制,在太空中进行实验并不容易,航天领域出现了各种模拟微重力的动物模型用于研究骨骼丢失的机制。本文梳理了在太空和地面模拟微重力条件下机体骨质疏松的相关研究数据,通过分析微重力导致骨质流失的不同类型及微重力诱导骨质流失的分子机制,比较现有结论的相似与差异之处,阐述了肌肉等骨骼外部组织在微重力环境下对骨骼丢失的影响,以及目前空间站在轨预防骨质疏松的措施。

摘要：空间探索计划的需求对空间流体管理技术提出了新的挑战。流体管理设备的内角是主要的流体传输'管道',因此研究微重力下容器内角处的毛细驱动流具有重要的意义。由于设计和制造等原因,完美的尖角并不常见,而是带有一定圆角过渡的内角。笔者设计不同的带有圆形过渡内角的容器,选用10cSt硅油为实验流体介质,通过一系列的落塔实验,研究了容器内角处不同的圆角半径对毛细驱动流的影响,并分析得到了有价值的实验规律。

摘要：微重力环境中部分充液贮箱内气液界面和气、液两相介质在残余重力或加速度干扰下的运动特征是先进空间流体管理技术的基础.本文针对空间贮箱常用构型和实际尺寸,基于邦德数相似准则设计了3个缩比模型,数值模拟了原型贮箱和缩比模型中加速度变化引起的贮箱内气液两相流动及气液界面上界面波的传播.数值模拟结果验证了原型和模型间的运动相似性,发现在满足邦德数相似准则的前提下,系统还近似满足韦伯数相似准则,或等价地,近似满足弗劳德数相似准则.此外,数值模拟结果也表明原型和模型间的运动存在细微偏差,这主要源于黏性耗散作用的差异.由韦伯数相似准则可知,缩比加大,贮箱尺寸减小,重力突变后由表面张力释放出来的驱动力增强,相同韦伯数下流动速度增大,黏性耗散作用随之增强,本文的数值模拟结果证实了该结论.相关结果可以用于指导空间贮箱流体管理技术的地面模拟试验的方案设计等.

摘要：开展微重力动态水气分离器性能研究,对水气分离技术设计与优化具有重要意义。根据动态水气分离器内部结构和流动形式,建立了基于环状流-库特流假设的理论分析模型,提出了基于界面概率近似方法的欧拉双流体模型描述由流动形态转化造成的混合流多尺度界面,采用多参考系方法处理转动与非转动区域之间的变量交互问题。应用理论分析与仿真两种方法研究动态水气分离器准稳态和瞬态特性的无量纲参数变化规律。结果表明:理论分析与仿真结果具有较强的相互验证关系;准稳态的增压比和能耗特性能提供设计参数选择依据,能效比能确定最佳工作区间;分离阶段瞬态特性与入口流动参数无关,输运阶段瞬态特性与入口流动参数、液路出口阻尼相关;以输运压力作为液路出口电磁阀关闭充分条件可实现液分离效率不受入口流动参数影响。

摘要：两相控温型储液器对机械泵驱动两相流体回路的稳定运行起到关键作用,而储液器内部气液分布状态是其控温性能的决定性因素之一。在轨微重力条件下,储液器内两相流动特性与地面状态差别巨大,这将给储液器的设计带来较大难度。针对两相控温型储液器在轨微重力下的两相工质分布特性,通过计算流体力学(CFD)方法对其内两相流动行为进行数值模拟。通过使用连续表面张力模型计算表面张力,使用多相流计算的流体体积分数方法对两相控温型储液器内气液界面形态的发展进行了追踪预测,并与理论解进行对比,结果吻合一致。通过对两相控温型储液器在不同Bond数、接触角、工质充灌量等参数下的仿真分析,得到了不同条件下储液器内气液运动及分布情况,结果表明:两相控温型储液器内气液界面状态与储液器尺寸、壁面浸润性、工质充灌量相关。研究结果可以为微重力下两相控温型储液器内气液界面的控制提供理论依据,并能指导储液器研制及在轨应用。

摘要：本文以某航天器密封舱热控设计为背景，对其密封舱空间对流换热问题进行了三维流动与传热数值模拟。考虑到空间微重力等一些特殊因素等影响，着重分析模拟了密封舱压力变化、地面自然对流和空间微重力以及风扇设计状态等变化因素对密封舱对流换热影响关系。分析表明，风扇对流强化换热效果明显，可以忽略地面自然对流影响，而且使舱内空气温度均匀。

摘要：为了给载人航天器热设计提供依据，考核热控系统的适应能力以及确定热湿控制参数。发展了材料－温度－湿度保持技术，以实现微重力条件下导热－对流－辐射换热与传质稳态系统的地面相似模拟。通过调整壁面热流密度分布，可以使尺寸适当缩小后的模型的材料、温度和湿度同时保持不变，同时还能抑制由重力引起的自然对流的作用，从而实现地面模型与微重力场中原型流动、换热和传质相似。并用数值方法对均匀进风条件下的流动、换热和传质的相似性进行了验证。

摘要：为提高实验结果准确性,本文对典型微重力落塔实验中的流体行为进行仿真验证和对比分析。首先,对典型自由下落式落塔实验全过程中的流体贮箱运动规律进行了分析和设计。然后,基于相似理论对缩比模型流体实验进行了设计和数值仿真验证,并以静液面生成和液体重定位过程为例,分析了落塔微重力初始状态的影响。模型间及模型与实验的对比结果验证了落塔实验和缩比模型流体实验设计及本文所采用仿真方法的有效性和准确性。对比分析表明:三组模型在液体形态和质心相对高度上吻合度较高;落塔缩比模型中微重力初始状态对静液面生成和液体重定位过程均有所影响,但影响随时间有减小趋势或可通过实验参数调整进行补偿。相关结论可为落塔流体实验设计提供重要参考。

摘要：为保障实验载荷的微重力水平不被破坏,需要对载荷进行位置测量以便在较长的时间里控制浮子运动行程免于碰撞定子内壁。本文在介绍二维位置敏感探测器(PSD)工作原理的基础上,提出了用三个二维PSD进行三维位置测量的方法并推导了解算三维位置的数学模型,文中还对国产W204型PSD的非线性误差进行了双一次插值处理,提高了PSD自身的测量精度,最后仿真分析了位置安装误差对三维位置解算精度的影响,对三维位置测量设计具有指导意义。

摘要：失重环境下固体间的稳定接触是空间站舱内外航天员作业、在轨维修、空间碎片捕获等任务面临的共性问题,基于范德华力机制的刚毛黏附材料为解决上述问题提供了可能.本文介绍使用仿生高分子黏附结构研制仿壁虎机器人脚掌所面临的问题.用仿壁虎腿机构构成的黏附性能试验台,研究了黏附脚掌的刚度、尺寸和黏附轨迹与黏附力、实际接触面积间的关系,确定了脚掌黏附过程的稳定边界.用重力补偿法模拟整体失重环境,设计了脚掌黏脱附轨迹并实现了仿壁虎机器人在整体失重情况下的稳定黏附运动,为在轨微重力环境下仿壁虎机器人的黏附运动提供了基础数据.