论文部分内容阅读
本论文是中国科学院知识创新工程重要方向项目中“空间科学预先研究项目”(第一批)课题。
在微重力燃烧实验中，精确控制气体流量是燃烧实验中的一项关键技术。市场上已有的流量控制器可靠性较低，根本无法通过航天产品所需的严酷的环境模拟试验，因此无法应用于空间实验。目前在国内外的空间微重力燃烧试验中还没有使用气体流量控制器的先例。
通过本论文的研究，提出了一种高可靠流量控制器的设计方法，并研制出原理样机。流量控制器的可靠性薄弱环节是气体流量传感器和控制阀，通过比较不同的气体流量传感器和控制阀，选择了可以满足空间科学实验设备可靠性要求的MEMS传感器和针阀。MEMS热式流量计的传感器是一块集成芯片，具有抗振性能好、体积较小、工作温度满足空间科学实验要求等特点。通过比较不同气体控制阀门的性能，选用针阀来实现气体流量的控制。针阀具有流量灵活可控、较高的抗振性能、体积相对较小、工作温度满足空间科学实验的要求等特点。流量控制器的控制原理是：MEMS流量计的输出电压(代表实际气体流量)，与一个设定电压(代表设定的气流流量)进行比较，差值信号输入给PD控制器，PID控制器输出步进电机的控制脉冲数和方向，步进电机驱动器驱动步进电机，调节流过针阀的气体流量，使之与设定流量相等，达到设定的气流流量。
该流量控制器由6个模块组成，分别是控制电路模块、流量计模块、控制阀模块、步进电机驱动器模块、步进电机模块、串口通信模块。原理样机经过专家评审，满足技术指标的考核，通过课题验收；并利用落塔进行微重力条件下的测试和考核，在微重力状态下流量控制器仍然可以正常工作，验证了本方案原理的正确性。
本项研究为我国未来的空间燃烧科学实验中利用流量控制器精确调节气体流量奠定了基础。