魏列 杜王芳 赵建福 李凯

(中国科学院力学研究所微重力重点实验室,北京 100190)

(中国科学院大学工程科学学院,北京 100049)

引言

空间航行出现以来,航天器的复杂性以及任务的艰巨性不断提高,推进剂管理系统对空间环境的适应性要求也越来越严苛[1-2].推进剂贮箱中液体行为的天地差异主要来自由于体积力的减弱或消失,控制流体行为的毛细力作用发生了显著改变[3].液体火箭在飞行过程中必须考虑气液界面如何响应重力水平改变的问题,同时确保在微重力滑行之后具备可靠的引擎再启动能力.微重力环境下,火箭上面级贮箱中气液界面的运动及气液两相流动与分布特性一直都是重要的研究内容,也是先进空间流体管理技术研发的关键[4].

为了能够在地面常重力环境研究微重力条件下的流体界面现象,Masica 和Petrasb[5]用刘易斯研究中心的落塔研究了圆柱容器里气液界面的重定位运动,发现重定位过程中界面中心点向液相运动的速率是恒定的,其大小可由经验关系式给出.Labus 和Masica[6]同样利用刘易斯研究中心的落塔给出了球形容器中自由界面的重定位过程.依据实验结果,他们推测液面涌泉的产生取决于收集界面处液体的流速.Dreyer等[7-9]利用不莱梅落塔研究重力水平变小后自由界面的运动及界面振荡的阻尼特性.Jenson等[10]利用国际空间站实验研究了固定接触线和自由接触线边界条件对容器内自由液面受到加速度扰动时的运……