一种低重力真空试验系统的设计方法技术方案

本申请公开了一种低重力真空试验系统的设计方法，属于科学试验仪器领域，其技术要点在于：其中，所述低重力真空试验系统包括：真空泵机组、真空箱体、在真空箱体内设置有2个喷气动力机构及试验用材料；2个喷气动力机构及试验用材料均设置在所述真空箱体内；2个喷气动力机构的动作时间是不相交的；V

【技术实现步骤摘要】
一种低重力真空试验系统的设计方法


[0001]本专利技术涉及一种科学试验仪器领域，更具体地说，尤其涉及一种低重力真空试验系统的设计方法。

技术介绍

[0002]吉林大学以及北京空间飞行器总体设计部联合提交的专利申请CN114062146A提出了一种低重力实验模拟方法及装置。其核心思想是：通过气体的浮力来抵消试验材料的自重，从而来实现材料在低重力情况下的试验。
[0003]然而，现实的情况是，低重力往往与真空环境是一同出现的。因此，上述科学试验装置只是满足了低重力一种情况，而无法满足真空环境这一需求。而上述问题的难点在于，CN114062146A依赖的是气体的浮力来实现零重力，而真空环境要求的是无气体，因此，上述两者的原理存在矛盾。
[0004]随着科学试验的发展，对科学仪器提出了如下要求：要研究喷气动力机构在真空环境、低重力或者零重力下的相互作用；其面临着以下技术需求：A．材料要实现低重力或者零重力情况下；B. 动力机构要采用喷气推进；C. 动力机构喷气推进还要在真空环境内。
[0005]上述技术研发需求也存在着问题，动力机构、材料均处于低重力或者零重力、真空环境，存在着矛盾：动力机构要喷气推进，喷出的气体必然会破坏动力机构与材料所处的真空环境；这就形成了矛盾。
[0006]另外，对于真空试验系统而言，关心的主要问题：第一，真空试验系统的造型，也整体大小。
[0007]第二，真空泵组的选型。对于真空泵组的设计而言，其主要参数为：真空容器体积、泵组抽速（由真空泵组决定）、初始压力以及目标压力、抽气时间。初始压力以及目标压力、抽气时间这些均是已知的，因此，要想确定泵组抽速（即确定泵组的组成），也必须要知晓真空试验系统的体积大小。
[0008]因此，如何设计满足前述技术需求的真空试验系统，在相关文献中并未有过报道，还缺乏相关参考资料。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种低重力真空试验系统的设计方法。
[0010]本专利技术的技术方案是：一种低重力真空试验系统的设计方法，所述低重力真空试验系统用于研究喷气动力机构在真空环境、低重力或者零重力下的相互作用；
所述低重力真空试验系统包括：真空泵机组、真空箱体、在真空箱体内设置有N个喷气动力机构，试验用材料；所述N个喷气动力机构、所述试验用材料均设置在所述真空箱体内；所述真空泵机组对所述真空箱体进行预处理；试验过程如下：S1，将试验用材料放置到所述真空箱体内；S2，所述真空泵机组首先对所述真空箱体进行预处理，将真空箱体内的气体调节至初始环境背景气压P0；S3，关闭真空泵机组；S4，试验：采用抛物线法实现低重力环境，该环境单次持续第0
‑
t
u
秒，同时，N个喷气动力机构在上述0
‑
t
u
中，进行喷气，与试验材料进行相关作用，进行试验；对于所述低重力真空试验系统而言：已知量为：初始环境背景气压P0、单次可持续试验过程最大时长t
u
秒、第1～N个喷气动力机构的喷气流量L1～L
N
；第1～N个喷气动力机构的气体的原始压强P
喷1
～P
喷N
；真空箱内的设备与试验材料体积为V
占
；未知量为：真空箱内的总体积V，V的确定包括以下2个步骤：S1，确定真空箱内的净体积V
净
:在t
u
时间段内第1～N个喷气动力机构的喷气时间t1～t
N
；在喷气过程完成后的环境背景气压P为：P=[P0+（L1t1P
喷1
+ L2t2P
喷2
+
……
+L
N
t
N
P
喷N
）/V
净
]V
净
的取值使得P要满足：P≤P
限定
P
限定
是环境背景气压阈值，经过试验，其取值为180pa以下；S2, 确定真空箱内的总体积V:V=V
净
+V
占
。
[0011]一种低重力真空试验系统的设计方法，其中，所述低重力真空试验系统包括：真空泵机组、真空箱体、在真空箱体内设置有2个喷气动力机构，试验用材料；所述2个喷气动力机构、所述试验用材料均设置在所述真空箱体内； 所述真空泵机组对所述真空箱体进行预处理；试验过程如下：S1，将试验用材料放置到所述真空箱体内；S2，所述真空泵机组首先对所述真空箱体进行预处理，将真空箱体内的气体调节至初始环境背景气压P0；S3，关闭真空泵机组；S4，试验：采用抛物线法实现低重力环境，该环境单次持续第0
‑
t
u
秒，同时，2个喷气动力机构在上述0
‑
t
u
中，进行喷气，与试验材料进行相关作用，进行试验；对于所述低重力真空试验系统而言：已知量为：初始环境背景气压P0、单次可持续试验过程最大时长t
u
秒、第1～2个喷气动力机构的喷气流量L1～L2；第1～2个喷气动力机构的气体的原始压强P
喷1
～P
喷2
；t
1min
表
示第1个喷气动力机构的喷气最小试验时长；t
2min
表示第2个喷气动力机构的喷气最小试验时长；真空箱内的设备与试验材料体积为V
占
；未知量为：真空箱内的总体积V；V的确定包括以下2个步骤：S1，确定真空箱内的净体积V
净
，其取值要满足以下四个条件：条件1：在t
u
时间段内第1个喷气动力机构的喷气时间t1不小于第1个喷气动力机构的喷气最小试验时长t
1min
：t1≥t
1min
；条件2：在t
u
时间段内第2个喷气动力机构的喷气时间t2不小于第2个喷气动力机构的喷气最小试验时长t
2min
：t2≥t
2min
；条件3：两个喷气动力机构的动作时间是不相交的：t1+t2≤t
u
条件4：[P0+（L1P
喷1
t1+ L2P
喷2
t2）/V
净
]≤P
限定
据此，V
净
取值为：当L1P
喷1
≤L2P
喷2
时，V
净
=[L1P
喷1
t
1min
+ L2P
喷2
（t
u
‑
t
1min
）]/ （P
限定
‑ꢀ
P0）；当L1P
喷1
＞L2P
喷2
时, V
净
=[ L1P
喷1
（t
u
‑
t
2min
）+L2P...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低重力真空试验系统的设计方法，其特征在于，所述低重力真空试验系统用于研究喷气动力机构在真空环境、低重力或者零重力下的相互作用；所述低重力真空试验系统包括：真空泵机组、真空箱体、在真空箱体内设置有N个喷气动力机构，试验用材料；所述N个喷气动力机构、所述试验用材料均设置在所述真空箱体内；所述真空泵机组对所述真空箱体进行预处理；试验过程如下：S1，将试验用材料放置到所述真空箱体内；S2，所述真空泵机组首先对所述真空箱体进行预处理，将真空箱体内的气体调节至初始环境背景气压P0；S3，关闭真空泵机组；S4，试验：采用抛物线法实现低重力环境，该环境单次持续第0
‑
t
u
秒，同时，N个喷气动力机构在上述0
‑
t
u
中，进行喷气，与试验材料进行相关作用，进行试验；对于所述低重力真空试验系统而言：已知量为：初始环境背景气压P0、单次可持续试验过程最大时长t
u
秒、第1～N个喷气动力机构的喷气流量L1～L
N
；第1～N个喷气动力机构的气体的原始压强P
喷1
～P
喷N
；真空箱内的设备与试验材料体积为V
占
；未知量为：真空箱内的总体积V，V的确定包括以下2个步骤：S1，确定真空箱内的净体积V
净
:在t
u
时间段内第1～N个喷气动力机构的喷气时间t1～t
N
；在喷气过程完成后的环境背景气压P为：P=[P0+（L1t1P
喷1
+ L2t2P
喷2
+
……
+L
N
t
N
P
喷N
）/V
净
]V
净
的取值使得P要满足：P≤P
限定
P
限定
是环境背景气压阈值；S2, 确定真空箱内的总体积V:V=V
净
+V
占
。2. 一种低重力真空试验系统的设计方法，其特征在于，所述低重力真空试验系统包括：真空泵机组、真空箱体、在真空箱体内设置有2个喷气动力机构，试验用材料；所述2个喷气动力机构、所述试验用材料均设置在所述真空箱体内； 所述真空泵机组对所述真空箱体进行预处理；试验过程如下：S1，将试验用材料放置到所述真空箱体内；S2，所述真空泵机组首先对所述真空箱体进行预处理，将真空箱体内的气体调节至初始环境背景气压P0；S3，关闭真空泵机组；S4，试验：采用抛物线法实现低重力环境，该环境单次持续第0
‑
t
u
秒，同时，2个喷气动力机构在上述0
‑
t
u
中，进行喷气，与试验材料进行相关作用，进行试验；对于所述低重力真空试验系统而言：
已知量为：初始环境背景气压P0、单次可持续试验过程最大时长t
u
...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳林达，孙晓恺，刘继东，
申请(专利权)人：苏州中科科美科技有限公司，
类型：发明
国别省市：