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第1章 绪论 1

1.1 真空羽流的基本概念 1

1.1.1 姿轨控发动机 1

1.1.2 真空羽流 2

1.1.3 真空羽流效应 3

1.2 羽流问题的研究方法 4

1.2.1 半经验法与解析分析法 4

1.2.2 数值模拟 4

1.2.3 实验研究 5

1.3 典型真空羽流效应实验系统 5

第2章 总体方案设计 9

2.1 总体方案设计要求 9

2.2 真空羽流实验系统主要组成 10

2.3 总体方案设计方法 11

2.3.1 抽气能力需求分析与抽气方式选择 12

2.3.2 内置式深冷泵冷板面积计算 13

2.3.3 内置式深冷泵空间结构设计 18

2.4 PES总体方案设计 21

2.4.1 PES总体设计要求 21

2.4.2 深冷泵冷板面积计算和结构设计 21

第3章 真空容器系统设计 27

3.1 真空容器主要设计原则 28

3.2 材料选择 28

3.3 真空容器简体设计 29

3.3.1 短圆筒设计 29

3.3.2 长圆筒设计 31

3.3.3 加强筋设计 31

3.4 封头和大门机构设计 34

3.4.1 封头设计 34

3.4.2 大门机构设计 35

3.5 法兰设计 44

3.5.1 法兰结构形式 44

3.5.2 开孔补强 44

3.6 鞍座设计 47

3.6.1 鞍座选用原则 47

3.6.2 鞍座位置选择 48

3.6.3 鞍座轻重型选择 48

3.6.4 鞍座底板宽度 48

3.6.5 鞍座垫板宽度 49

3.6.6 鞍座的设计参数 49

3.6.7 鞍座的强度校核 50

3.7 观察窗机构 53

3.7.1 磁力耦合观察窗机构 53

3.7.2 花瓣形挡板观察窗 54

3.8 真空容器强度校核 55

3.9 真空容器的压升率与漏气率 56

3.10 PES真空容器设计 57

3.10.1 真空容器筒体设计 57

3.10.2 加强筋设计 58

3.10.3 封头设计 60

3.10.4 大门机构设计 60

3.10.5 开孔补强 61

3.10.6 鞍座设计 62

3.10.7 真空容器强度校核 64

3.10.8 PES真空容器的压升率与漏气率测试 69

第4章 真空抽气系统设计 70

4.1 真空抽气系统设计理论 72

4.1.1 真空抽气系统设计的主要参数 72

4.1.2 管道流导的计算 73

4.1.3 抽气时间的计算 76

4.2 真空泵的选择和配置 79

4.2.1 主泵选择的一般原则 79

4.2.2 管道及阀门布置应遵循的原则 80

4.2.3 粗真空抽气系统常见主泵比较和选择 80

4.2.4 高真空抽气系统常见主泵比较和选择 81

4.2.5 防污染设计 82

4.3 真空度测量技术 83

4.3.1 全压力测量 84

4.3.2 分压力测量 87

4.3.3 真空计校准 87

4.4 真空检漏技术 88

4.4.1 基本概念 88

4.4.2 检漏方法 89

4.4.3 检漏方法的选择原则 92

4.5 PES真空抽气系统设计 93

4.5.1 系统方案配置 93

4.5.2 真空系统工作模式及计算 95

4.5.3 系统调试 97

第5章 内置式深冷泵设计与实现 104

5.1 液氦深冷泵设计的基本原则 104

5.2 常见深冷泵的结构形式 105

5.2.1 空间环模深冷泵的常见形式 105

5.2.2 真空羽流实验深冷泵的基本结构 105

5.3 深冷泵材料选择 107

5.3.1 常用深冷泵材料的性能比较 108

5.3.2 材料和焊接工艺的选择 109

5.4 壁板方案选择和设计 110

5.4.1 壁板选择原则 110

5.4.2 常见深冷泵壁板的形式 110

5.4.3 壁板几何尺寸设计计算 111

5.4.4 深冷泵热负荷计算 112

5.5 深冷泵管路设计 113

5.5.1 流道均压理论 113

5.5.2 深冷泵常见的管路形式 115

5.6 总管和支管尺寸的确定 116

5.7 支撑结构 117

5.7.1 支撑结构的选择原则 117

5.7.2 支撑材料选择 117

5.7.3 支撑方案选择 117

5.8 进出口结构设计 118

5.8.1 进出口设计要求 118

5.8.2 液氮深冷泵进出口结构 119

5.8.3 液氦（气氦）深冷泵进出口结构 119

5.9 PES深冷泵设计 120

5.9.1 PES设计技术要求 120

5.9.2 PES深冷泵设计与实现 121

第6章 液氮气氮外流程系统设计 127

6.1 液氮外流程系统设计 127

6.1.1 液氮系统设计 128

6.1.2 PES液氮系统设计 143

6.2 气氮外流程系统设计 147

6.2.1 气氮系统设计 148

6.2.2 PES气氮系统设计 152

6.3 液氮、气氮系统联合调试 155

6.3.1 PES氮系统设备 155

6.3.2 调试流程 155

6.3.3 调试结果 155

第7章 液氦外流程系统设计 157

7.1 液氦系统方案介绍 157

7.1.1 开式系统 158

7.1.2 闭式回收液化系统 159

7.2 主要技术要求 161

7.3 系统工作过程 161

7.4 系统参数计算 163

7.4.1 最佳预冷时间分析 163

7.4.2 预冷所需液氦量 164

7.5 关键设备设计 167

7.5.1 液氦阀箱设计 167

7.5.2 液氦管道设计 169

7.6 PES液氦系统设计 170

7.6.1 主要技术要求 170

7.6.2 PES液氦系统方案介绍 170

7.6.3 液氦热沉预冷过程中需要的液氦量 171

7.6.4 预冷结束后维持系统正常工作所需液氦量 171

7.6.5 系统调试 172

第8章 羽流实验测量方法 173

8.1 羽流流场参数测量 173

8.1.1 羽流压力测量 173

8.1.2 羽流温度 174

8.1.3 羽流速度 175

8.1.4 羽流组分测量 175

8.1.5 羽流显示技术 177

8.2 羽流气动力效应测量 180

8.2.1 直接测量方法 180

8.2.2 间接测量方法 181

8.3 羽流气动热效应测量 183

8.4 羽流污染效应测量 184

第9章 实验测量与控制系统设计 185

9.1 实验测量与控制系统设计要求 185

9.2 数据采集方案设计 185

9.2.1 基于PC标准总线的测控系统 186

9.2.2 基于VXI总线的测控系统 186

9.2.3 基于LXI总线的测控系统 188

9.2.4 基于PXI总线的测控系统 188

9.2.5 基于PLC的测控系统 189

9.3 PES测控方案 190

9.3.1 硬件方案设计 190

9.4 信号传输方式设计 195

9.4.1 测量信号传输 195

9.4.2 控制信号传输 195

9.4.3 系统软件方案设计 195

第10章 实验工质供应与发动机系统设计 198

10.1 实验工质供应系统设计 198

10.1.1 模型发动机工质供应系统设计 198

10.1.2 标准姿轨控发动机工质供应系统设计 203

10.2 模型发动机设计 205

10.2.1 单工质模型发动机 205

10.2.2 双工质模型发动机 207

10.3 标准姿轨控发动机设计 209

10.4 关键部件设计 210

10.4.1 常用阀门 211

10.4.2 气体减压器 217

10.4.3 气蚀文氏管 221

第11章 实验台架与实验件系统设计 226

11.1 实验台架与实验件系统基本原则和要求 226

11.2 推力测量装置 226

11.3 舱内移动机构 228

11.3.1 舱外驱动移动机构 229

11.3.2 舱内驱动移动机构 230

11.4 支撑平台 231

11.5 其他辅助设备 231

11.5.1 温控系统 231

11.5.2 摄像系统 232

参考文献 233