航天器在轨补给过程的流体传输机理与控制方法研究

The orbital refueling of spacecraft is a complex fluid transfer process. The study of fluid transport mechanism and control method in the process of recharge is a front topic in the field of microgravity fluid mechanics. This project is an urgent demand in China on orbit service task based on a thorough research on the fluid transmission mechanism on orbit spacecraft propellant supply process and control method, through theoretical analysis, numerical simulation and experimental research method of microgravity, solve the propellant gas transmission process in microgravity environment and liquid separation control, by supplying satellite in the gas-liquid interface and gas emission control, the liquid sloshing in the process of transmission and recharge and recharge is inhibited in reorientation of propellant and so on the basis of problems, reveal the flow law of microgravity fluid management device, a control method of microgravity fluid space microgravity environment, provide theoretical support for scientific and reliable technical support for the construction of our spacecraft propellant fluid on orbit refueling service system, has important academic value and engineering application value.

航天器推进剂在轨补给是一个复杂的流体传输过程，补给过程中流体的传输机理与控制方法研究是微重力流体力学领域的一个前沿课题。本项目基于我国航天器在轨服务任务的迫切需求，针对航天器推进剂在轨补给过程的流体传输机理以及控制方法进行深入的研究，采用理论分析、数值模拟和微重力试验等研究手段，解决微重力环境下推进剂传输过程中的气体与液体的分离控制、被补给星内气液界面与气体排放控制、传输过程中的液体晃动抑制以及补给与被补给星内推进剂重定位等等基础问题，揭示管理装置中微重力流体的流动规律，建立空间微重力环境下微重力流体的控制方法，为构建我国航天器推进剂等流体在轨补给服务体系提供科学的理论支持和可靠的技术支撑，具有重要的学术价值和工程应用价值。

航天器推进剂在轨补给是一个复杂的流体传输过程，涉及到微重力环境下流体的动态管理、轨道运动条件下补给与被补给星中推进剂的定位特性和气液两相流动分离、目标星与服务星内推进剂的精确控制与增压气体有效排放等关键技术，这些技术的突破是掌握航天器推进剂在轨补给技术的重要前提，而解决空间微重力环境下流体管理的机理是突破这些关键技术的基础。本项目主要研究内容包括：(1) 毛细驱动内角流动的数学模型研究；(2) 在轨补给过程流体传输特性测量与数值试验研究；(3) 适合于推进剂在轨补给的管理装置优化与流体控制方法研究。通过本项目研究，获得了一系列创新性成果，建立了微重力环境下大尺度的毛细力驱动内角流动的数学模型，得到内角流动的控制方程；针对带有内导流叶片和带有外侧导流叶片的板式表面张力贮箱内的内角流动过程进行分析，获得了导流叶片个数及宽度对内角流动产生的影响规律；采用理论分析、数值模拟和微重力试验等研究手段，解决推进剂在轨补给过程中流体传输的机理问题，揭示了管理装置中微重力流体的流动规律；建立空间微重力环境下导流板微重力流体的传输控制与优化方法，为实现航天器推进剂在轨补给技术的工程应用提供理论基础和方法支持。