弱浮力过载电流下导线绝缘层早期燃烧特性研究

发布时间：2017-10-02 13:24

  本文关键词：弱浮力过载电流下导线绝缘层早期燃烧特性研究

  更多相关文章： 弱浮力 低压功能模拟 窄通道 电流过载 早期燃烧特性

【摘要】：随着我国载人航天的不断发展,特别是我国载人航天工程“三步走”规划全面启动以来,载人航天器的安全防火问题越来越得到国家的重视。载人航天器中存在着火三要素中,几乎不可消除的两要素,即助燃剂(必不可少氧气)和潜在点火源(电子元器件),唯一可能消除的便是三要素中的另一要素：可燃物(非金属材料),而导线绝缘层便是一种大量存在于航天器内各个位置的非金属材料,而且导线的过载或短路,也是主要潜在点火源之一,因此对于微重力下导线绝缘层着火特性的研究至关重要。由于导线过载所需时间较长,地基微重力设施微重力时间太短,无法满足实验需要,而空间微重力设施虽然微重力时间较长,但成本太过昂贵,机会也太过难得。本文根据“功能模拟”原理,同时结合窄通道实验方法,在地面实验室系统地模拟了弱浮力环境下聚乙烯(PE)导线绝缘层的早期燃烧特性。本文中研究的导线绝缘层早期燃烧特性主要指小电流过载下(3.9A)绝缘层未出现明火时的烟气析出过程和温升特性以及大电流过载下绝缘层着火过程的火焰形态变化、着火延迟时间、以及最小点火能等绝缘层着火特性。在论文第二章,采用“低压功能模拟”方法,研究了低压下导线绝缘层烟气析出特性。结果表明,当压力低于10kPa时,即模拟浮力水平低于10-2g,压力大小为影响绝缘层烟气析出过程的主要因素,压力越低,反应速率越快,温升速率也越快,但由于氧气含量的降低,烟气析出量也会相应降低。低压环境(小于10kPa)下,由于浮力对流地削弱,绝缘层温度远高于常压常重力下,这说明弱浮力下热量积聚效应明显增强,失火概率会相应增加。在论文的第三章,主要研究了常压窄通道内导线绝缘层早期燃烧特性。结果表明,随着窄通道高度的增加,无论是水平窄通道还是竖直窄通道,燃烧持续时间和燃烧剧烈程度均快速增加。水平窄通道内,通道高度为10mmm时对浮力限制效果较好且受壁面冷熄效应影响较小。通道壁面材料对绝缘层烟气析出过程及其温升速率有着重要影响,无论是水平窄通道还是竖直窄通道,当窄通道高度较低时,弱冷熄材料(ABS)窄通道内绝缘层的温升速率和峰值温度均远大于强冷熄材料(硬铝)。水平弱冷熄材料窄通道内绝缘层烟气析出速率及通道内烟气浓度均远高于强冷熄材料通道内同一时刻,且弱冷熄材料通道内,烟气均匀包裹现象明显,更趋近于微重力下绝缘层碳烟析出过程。在论文的第四章,鉴于通道高度过窄时壁面的冷熄作用严重和低压模拟时氧气浓度过低对化学反应速率的削弱作用较大,难以模拟更低水平的弱浮力环境,因此,将窄通道方法和低压功能模拟相结合,进行低压窄通道实验。结果表明,绝缘层烟气析出过程中,低压各通道高度内绝缘层峰值温度及其峰值温升速率都远高于常压下相同通道高度,表明随弱浮力水平的升高,热量积聚明显增大,使其失火成为可能。水平低压窄通道有利于延缓绝缘层的破裂脱落,水平无窄通道时,绝缘层会快速的从线芯周围脱落,烟气析出过程不明显,且即使在10kPa纯氧环境下绝缘层依然无法着火。而水平窄通道内绝缘层脱落慢,烟气析出过程清晰,10kPa纯氧环境中,窄通道中绝缘层着火非常剧烈。在论文第五章,详细介绍了2016年4月发射的中国第一颗返回式科学卫星一“实践十号”卫星中有效载荷导线特性箱的研制过程、工作原理和预期目标。通过本文的研究,系统地模拟了弱浮力环境下导线绝缘层的早期燃烧特性,并对比了各种方法的模拟效果,可为定性地研究微重力下材料的着火性能提供一定的借鉴。
【关键词】：弱浮力 低压功能模拟 窄通道 电流过载 早期燃烧特性
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(工程热物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V445.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 国外研究进展13-15
• 1.2.2 国内研究进展15-16
• 1.3 微重力弱浮力环境实现方法16-17
• 1.4 本文研究内容和方法17-19
• 第二章 低压功能模拟原理及实验研究19-31
• 2.1 “低压功能模拟”原理19-20
• 2.2 实验系统及试样20-22
• 2.2.1 实验装置和实验描述20-21
• 2.2.2 实验试样简介21-22
• 2.3 低压功能模拟实验研究22-29
• 2.3.1 典型低压下(10kPa)导线绝缘层烟气析出特性研究22-24
• 2.3.2 压力对导线绝缘层烟气析出特性的影响24-27
• 2.3.3 氧气浓度对导线绝缘层烟气生成特性的影响27-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第三章 常压窄通道导线绝缘层早期燃烧特性实验研究31-57
• 3.1 常压窄通道实验原理31-32
• 3.2 常压水平窄通道实验研究32-44
• 3.2.1 实验设备及实验工况32-33
• 3.2.2 常压水平窄通道导线绝缘层烟气析出特性研究33-40
• 3.2.3 常压水平窄通道导线绝缘层着火特性研究40-44
• 3.3 常压竖直窄通道实验研究44-54
• 3.3.1 实验设备及实验工况44-45
• 3.3.2 常压竖直窄通道导线绝缘层烟气析出特性研究45-50
• 3.3.3 常压竖直窄通道导线绝缘层着火特性研究50-54
• 3.4 本章小结54-57
• 第四章 低压窄通道导线绝缘层早期燃烧特性实验研究57-71
• 4.1 低压水平窄通道实验研究57-63
• 4.1.1 低压水平窄通道导线绝缘层烟气析出特性研究57-61
• 4.1.2 低压水平窄通道导线绝缘层着火特性研究61-63
• 4.2 低压竖直窄通道实验研究63-68
• 4.2.1 低压竖直窄通道导线绝缘层烟气析出特性研究63-66
• 4.2.2 低压竖直窄通道导线绝缘层着火特性研究66-68
• 4.3 本章小结68-71
• 第五章 “实践十号”卫星有效载荷导线特性箱简介71-77
• 5.1 实验方案71-73
• 5.2 系统工作模式73-75
• 5.3 实验装置研制75-76
• 5.4 本章小结76-77
• 第六章 结论与展望77-81
• 6.1 结论77-78
• 6.2 主要创新点78-79
• 6.3 建议及展望79-81
• 符号表81-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-89
• 攻读硕士期间发表的论文89

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 汪凯;王宝瑞;艾育华;孔文俊;;窄通道内导线绝缘层着火先期特性的研究[J];中国科学:技术科学;2012年08期

2 ;如何剖削导线绝缘体[J];农村电工;1998年11期

3 翟铁锁;导线绝缘层剥离器的研制[J];航天工艺;1999年01期

4 张俊民;魏娟;谢华博;曹大树;姚红宇;;基于时域反射法的航空导线绝缘故障检测与分析[J];航空学报;2009年04期

5 孔文俊;王宝瑞;劳世奇;;低压下导线绝缘层着火先期征兆研究[J];工程热物理学报;2007年06期

6 汪凯;艾育华;王宝瑞;孔文俊;;弱浮力下导线绝缘层着火先期特性的研究[J];工程热物理学报;2012年04期

7 漆临生;梁智明;皮如贵;胡波;;发电机定子线棒导线绝缘结构试验研究[J];东方电机;2010年04期

8 申林;;剥导线绝缘层的装置[J];机械工程师;1993年05期

9 漆临生,梁智明,皮如贵;发电机定子线棒导线绝缘结构试验研究[J];绝缘材料;2005年03期

10 钟震国;;高水压湿式电机导线绝缘的试验研究[J];机械;1981年12期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 夏伟;弱浮力过载电流下导线绝缘层早期燃烧特性研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2016年

，

本文编号：959861