一种适用于微重力落塔试验的高微重力水平测量方法与流程

本发明属于极端环境测试技术领域，具体涉及一种适用于微重力落塔试验的高微重力水平测量方法。

背景技术：

飞行器在轨滑行时间的大幅增长、微重力环境复杂，同时，型号在轨期间要求多次完成复杂调姿变轨动作，推力发动机需要多次停止和启动，这些都对型号推进剂输送系统在液体管理方法、推进剂管理技术等方面提出了新的要求。

为确保新型号在轨期间推进剂输送的可靠性，在型号研制过程中需要开展大量流体空间技术相关的微重力试验研究，以验证新型液体管理技术。相关试验研究项目包括液体重定位、微重力液体蓄留、低重力液体出流、微重力液体晃动、贮箱旋转晃动、微重力液体形态、微重力液体位置控制、关机瞬间晃幅放大等等多项内容。

如不进行相应的液体微重力研究，那么同步卫星、载人航天器在轨道需要长时间惯性飞行，发动机要多次再启动时，由于惯性飞行期间贮箱内推进剂处于微重状态，所以外界干扰极易使贮箱中液体推进剂变为不稳定，滑行期间作用在推进剂上的干扰很多，这一切都要求对微重力条件下贮箱中液体推进剂特性进行研究，才能提供有效的控制与管理方法。

目前常规机械式微重力测量无法实现10^-6g级别微重力水平的测量，且由于其机械结构构造的特点，测量响应时间为几十秒级别，无法满足微重力落塔(总时长为10s级别)微重力水平的测量，需要进行改进。

技术实现要素：

本发明提供一种适用于微重力落塔试验的高微重力水平测量方法，目的是解决现有技术无法实现10^-6g级别微重力水平的测量，测量响应时间无法满足微重力落塔微重力水平测量的问题。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种适用于微重力落塔试验的高微重力水平测量方法，包括如下步骤：

第一步、确定测量单元几何尺度及测试用工质种类；

第二步、对测量单元内部进行洁净化处理；

第三步、测量单元内部的测试用工质进行封装；

第四步、微重力水平校准；

至此，完成高微重力水平的有效测量。

作为优选，适用于微重力落塔试验的高微重力水平测量方法采用微重力落塔试验，通过相机可视化测试的方法进行液面高度测量。

作为优选，适用于微重力落塔试验的高微重力水平测量方法采用相机可视化测试的方法进行液面高度测量。

作为优选，第一步，确定测量单元几何尺度及测试用工质种类时，依据不同微重力水平下、不同液体工质在表面张力驱动下所产生不同高度液面的原则，根据待测系统的微重力水平综合确定工质类型和测量单元内径。

作为优选，第一步，确定测量单元几何尺度及测试用工质种类时，测量单元选取内径为1mm的石英圆管，微重力水平测量用工质采用水。

作为优选，第一步，确定测量单元几何尺度及测试用工质种类时，测量单元选取内径为1mm的石英圆管，微重力水平测量用工质采用无水乙醇。

作为优选，适用于微重力落塔试验的高微重力水平测量方法中，在10^-6g微重力下，液体行为主要受到表面张力控制，在表面张力驱动下液体向上爬升，且液体向上爬升的高度与微重力水平存在如下函数关系：

δh＝a*gx+b

式中，△h为微重力下石英圆管内液体上升高度(mm)，gx为系统待测的微重力水平(m/s²)，a、b为线性关系式参数。

作为优选，第四步，微重力水平校准包括如下步骤：

在微重力及真空环境下，将测量单元进行自由下落，同时采用激光位移测量获得测量的单元的下落加速度，进而获得测量单元的微重力水平，从而实现微重力水平与液面爬升高度之间的关系，完成微重力水平测量方法的校准。

本发明所取得的有益技术效果是：

可显著降低微重力水平测量的响应时间，且能够满足10^-6g级别高微重力水平的测量，解决了现有机械式微重力测量存在的问题，具有突出的实质性特点和显著的进步。

附图说明

图1是本发明其中一种具体实施例的高微重力水平测量原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明要求保护的范围。

如图1所示，是一种适用于微重力落塔试验的高微重力水平测量方法具体实施例的测量原理图，图中常规重力下(1g)石英圆管内液体形貌，其状态主要受到重力的影响，液面处于平直状态；图中微重力下(10^-6g)，液体行为主要受到表面张力控制，在表面张力驱动下液体向上爬升，且该上升高度与微重力水平存在如下函数关系：

δh＝a*gx+b

式中，△h为微重力下石英圆管内液体上升高度(mm)，gx为系统待测的微重力水平(m/s²)，a、b为线性关系式参数。

基于上式可以对于该测量单元进行分度计量。在微重力落塔试验中，通过相机可视化测试，可实现高微重力水平的有效测量。

一种适用于微重力落塔试验的高微重力水平测量方法的具体实施例，按如下步骤进行：

第一步、确定测量单元几何尺度及测试用工质种类

本具体实施例中采用微重力落塔试验，通过相机可视化测试的方法进行液面高度测量。

微重力的含义为系统运动的惯性加速度与重力加速度相“抵消”时，达到表观重力消失的状态，10^-4～10^-6g。微重力意味着流体静压、沉积和浮力以及从而产生对流传热传质急剧减小，表面张力成为主导流体流动与传热传递过程的因素。

考虑到水具有较高的表面张力，本具体实施例中选取水作为微重力水平测量用工质，同时为了保证不同微重力下测试分度的线性度及分度水平，测量单元选取内径为1mm的石英圆管。

根据实际需要，测量用工质还可以采用无水乙醇，选择时依据不同微重力水平下不同液体工质在表面张力驱动下所产生不同高度液面的原则，根据待测系统的微重力水平综合确定工质类型、测量单元内径。

第二步、对测量单元内部进行洁净化处理

微重力环境下，液体介质与固体之间的界面状态受固壁表面的洁净状态影响极大，液体与固壁表面形成的接触角对固壁表面的洁净度要求较高，为保证测量结果的有效可靠，本具体实施例中对测量石英玻璃圆管进行了洁净化处理。

第三步、测量单元内部的测试用工质进行封装

为保证微重力水平与液体与固壁之间在表面张力驱动下形成的液体界面形貌对应关系的一致性，在完成第二步后还需要对测量石英圆管进行封装处理。

第四步、微重力水平校准

在微重力及真空环境下，将测量单元进行自由下落，同时采用激光位移测量获得测量的单元的下落加速度，进而获得测量单元的微重力水平，从而实现微重力水平与液面爬升高度之间的关系，完成测量方法的校准。

至此，实现了高微重力水平的有效测量。

本具体实施例所取得的有益技术效果是：

可显著降低微重力水平测量的响应时间，且能够满足10^-6g级别高微重力水平的测量，解决了现有机械式微重力测量存在的问题，具有突出的实质性特点和显著的进步。