微重力下气泡破裂对推进剂贮箱内压力影响的研究

韩兵，孙礼杰，朱曙光，孟绍良

（1.南京理工大学，南京 210094；2.上海宇航系统工程研究所，上海 201109）

推进剂余量测量的准确性是航天器在轨飞行时长的关键影响因素[1]。国内外在微重力下液体推进剂测量方法上提出了体积激励法、簿记法、热容法和PVT 法等一系列方法[2-3]，体积激励法因其精度高、体积小、不受微重力和气液两相混合以及贮箱类型限制等优点[4]具有很好的市场前景。气泡破裂是气液固三相流动中的自然现象，气泡在流场中的运动是一个非常复杂的过程，包含了粘性、可压缩性、热传导、表面张力和接触角等诸多因素[5-6]，气泡破裂会对周围环境产生扰动，贮箱内压力也会因此产生变化，但国内外有关此因素对推进剂余量测量影响的研究较少。本文以体积激励法测量贮箱内部压力流场为研究背景，观察流场中气泡破裂对贮箱内部压力产生的变化，从而探究其对体积激励法测量精度的影响，对微重力环境下液体推进剂余量测量的准确性做了重要补充。

1 体积激励法原理

体积激励法又称压缩测质法，测量原理是体积激励装置进行周期运动，使推进剂贮箱的有效容积产生微小变化，假设液体体积不可压缩，这个微小变化就会对贮箱内气体部分造成影响和改变，测量激励装置周期运动下贮箱内部的压力变化情况便可计算出气体体积参数，由此推算出液体体积，完成贮箱内部推进剂余量的测量。理想状态下的控制方程为：

式（1）中，γ表示为绝热指数，Vg表示为气体体积，P表示为实验环境压力，△V、△P分别表示为体积与压力的变化量。……