一种气液两相流系统微重力适应性评价装置的制作方法

本技术涉及航天环境控制与生命保障，特别是一种气液两相流系统微重力适应性评价装置。

背景技术：

1、在航天领域中，大量设备为气、液两相流系统，这些气液两相流系统在地面、常规重力环境中设计并完成性能测试，然而这些产品的实际应用场合为地球以外的空间微重力环境中。在地面环境中，流体工质受竖直向下方向的重力作用，由于气、液两相介质间存在较大密度差，重力对其流动特征及流型的产生与转换起主导作用，导致气液两相流呈现非对称性，其极端情形即为完全的分层流动，气、液互不掺混。在空间环境中，由于重力作用减弱或消失，导致气液自然分层作用消失，气液混合物形成互相掺混形成泡状流、弹状流、环状流等不同于地面的分布形态。气液分布形态的改变将导致产品性能发生变化，极端情况下，因为气体或液体分布异常可能导致产品丧失预期功能。目前，尚无有效的方法在地面为气液两相流系统提供足够长的微重力测试环境。

2、航天活动所处的地球以外的空间为微重力环境，其重力水平仅为1×10-5～1×10-3g。为满足任务中人类在地外空间生存、活动等需求，需要配套大量涉及气液两相流的设备、反应器等。比如，利用电解水制备人类在轨生存所需氧气的电解制氧系统等。在这些系统中需要将水输入到气液两相流反应器中，通过电解水产生氧气、氢气并形成气水混合物，然后通过气、水分离制备出纯净的氧气，输入到飞行器舱中，以满足人类在轨生活对呼吸用氧的需求。在这些系统中涉及水电解器、水气分离器等气液两相流设备，在这些设备中必须将水气混合物按设计的流量、形态准确输送到其内部的指定位置，形成稳定的流场，才能实现该设备的固有功能。

3、然而，这些设备在地面测试后，当其进入地外微重力环境时，由于重力作用的消失，气液两相流工质的受力情况发生改变，导致气液两相流在设备内部的分布位置、混合形态发生改变，进而造成其反应效率、热量分布等功能、性能与地面不同。极端情况，当出现局部气泡滞留、液体断流等情况时，可能出现反应器局部“干烧”等故障，导致产品功能丧失。

4、目前，在地面模拟微重力的手段主要有失重飞机试验(飞机做抛物线飞行)、落塔试验，通过安装在飞机、落塔吊舱中的实验载荷做自由落体飞行产生短时间失重效应来模拟微重力环境。这些实验仅能实现较短时间的微重力环境。按照目前世界最先进的技术水平，失重飞机试验，每次做抛物线飞行可以实现约20s的微重力过程。高度为100余米的落塔仅能实现约3.5s的微重力过程。而航天任务使用的气液两相流系统长期在空间微重力环境中工作，从启动到达到稳定运行至少需要数十分钟甚至数十小时。

技术实现思路

1、为解决现有的微重力试验手段持续时间过短，无法满足使被测试产品达到稳定运行状态的时间要求，无法达到有效考察、评价被测试系统在微重力环境中工作表现的目的，为此本实用新型提供了一种气液两相流系统微重力适应性评价装置，包括：

2、x轴向旋转机构、y轴向旋转机构、电控机构(1)、矩形框架(9)和承重平台(11)；

3、所述电控机构(1)、所述x轴向旋转机构和所述矩形框架(9)设置并安装于所述承重平台(11)上；所述y轴向旋转机构安装在所述矩形框架(9)上，且与所述x轴向旋转机构垂直设置；

4、被测气液两相流系统(5)设置在所述y轴向旋转机构上；所述电控机构(1)分别与所述x轴向旋转机构和所述y轴向旋转机构连接，用于控制所述y轴向旋转机构和x轴向旋转机构垂直转动，进而带动被测气液两相流系统(5)模拟微重力环境下的运动方式。

5、优选的，所述x轴向旋转机构包括：x轴向变速箱电机(2)、x轴向变速箱(3)和x轴向旋转轴(8)；

6、所述x轴向变速箱电机(2)分别与所述电控机构(1)和所述x轴向变速箱(3)连接；

7、所述x轴向变速箱电机(2)和x轴向变速箱(3)相邻设置于所述承重平台(11)的同一侧；

8、所述电控机构(1)通过控制所述x轴向旋转轴(8)转动，进而带动所述矩形框架(9)绕所述x轴向旋转轴(8)旋转。

9、优选的，所述x轴向旋转轴(8)包括第一旋转轴和第二旋转轴，所述第一旋转轴的一端位于所述x轴向变速箱内部，所述第一旋转轴的另一端与所述矩形框架的一边连接；

10、所述第二旋转轴的一端与所述矩形框架的所述一边的对边连接，另一端与所述承重平台(11)的另一侧连接。

11、优选的，所述y轴向旋转机构，包括：y轴向旋转轴(6)、被测试系统安装板(7)和y轴向变速器(10)；

12、所述y轴向变速器(10)安装在所述矩形框架(9)上，且分别与所述电控机构(1)、所述y轴向旋转轴(6)的一端连接；

13、所述y轴向旋转轴(6)的另一端横穿所述被测试系统安装板(7)，并沿垂直于x轴方向安装在所述矩形框架(9)上；

14、所述被测试系统安装板(7)上安装被测气液两相流系统(5)；

15、所述电控机构(1)通过控制所述y轴向旋转轴(6)转动，进而带动所述被测试系统安装板(7)上的被测气液两相流系统(5)绕所述y轴向旋转轴(6)旋转。

16、优选的，所述承重平台(11)包括：底板(1-1)、支撑架结构(1-2)、承重板(1-3)和承重立柱(1-4)；

17、所述底板(1-1)与地面水平设置；

18、所述支撑架结构(1-2)固定于所述底板(1-1)的一侧上；

19、所述承重板(1-3)固定于支撑架结构(1-2)上；承重板(1-3)上固定x轴向变速箱电机(2)和x轴向变速箱(3)；

20、所述x轴向旋转轴(8)一侧搭接在承重板(1-3)上，并采用支撑架结构(1-2)限位；

21、所述承重立柱(1-4)垂直安装在底板(1-1)另一侧，并固定x轴向旋转轴(8)的另一侧；

22、所述电控机构(1)设置于所述支撑架结构(1-2)。

23、优选的，所述支撑架结构(1-2)呈梯形架构，包括：多根型材；

24、所述多根型材搭建成两组平行的梯形结构；

25、所述两组平行的梯形结构垂直固定在底板(1-1)上；

26、所述两组平行的梯形结构上方与承重板(1-3)连接。

27、优选的，所述控制显示装置包括控制显示屏(4)。

28、优选的，还包括垂直于所述槽型杆的加强件；

29、所述加强件固定于所述两个槽型杆之间。

30、优选的，所述矩形框架(9)的尺寸大于所述被测气液两相流系统(5)的尺寸。

31、优选的，还包括用于支撑x轴向旋转轴(8)的支撑架；

32、所述支撑架位于所述承重板(1-3)上。

33、与现有技术相比，本实用新型申请的有益效果为：

34、本实用新型提供一种气液两相流系统微重力适应性评价装置，包括：x轴向旋转机构、y轴向旋转机构、电控机构(1)、矩形框架(9)、承重平台(11)和控制显示装置；所述电控机构(1)、x轴向旋转机构、矩形框架(9)和控制显示装置设置并安装于所述承重平台(11)上；所述y轴向旋转机构安装在所述矩形框架(9)上，且与所述x轴向旋转机构垂直设置；所述控制显示装置与所述电控机构(1)连接，用于向所述电控机构(1)传输控制指令；被测气液两相流系统(5)设置在所述y轴向旋转机构上；所述电控机构(1)分别与所述x轴向旋转机构和所述y轴向旋转机构连接，用于通过控制指令控制所述y轴向旋转机构和x轴向旋转机构垂直转动，进而带动被测气液两相流系统(5)模拟微重力环境下的运动方式。本实用新型通过x轴向旋转机构和y轴向旋转机构调整被测气液两相流系统的方位对被测气液两相流系统进行微重力适应性评估，可实现在地面长时间、有效的评价被测气液两相流系统的适应性。