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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