航天低温推进剂技术国家重点试验基础研究课题申请指引.docx

1、航天低温推进剂技术国家重点试验基础研究课题申请指引20122015年度基础研究课题指南航天低温推进剂技术国家重点实验室一、 原则 实验室设立基础研究基金，以资助有关科研人员从事基础理论和应用技术研究。基础研究基金指南的制定主要遵循以下原则： 1、围绕实验室整体方向，鼓励具有开拓性、超前性和创新性的基础、应用基础和关键技术研究； 2、国内外相关机构科研人员均可申请； 3、鼓励多学科交叉研究，支持具有不同学科背景的研究人员联合申请； 4、结合实验室的研究方向和建设目标，鼓励实验以外的申请者与实验室研究人员开展合作研究； 5、鼓励和支持从事低温工程学领域研究的青年科技工作者、尤其是博士及国内外访问学

2、者来实验室开展研究。二、 研究方向和内容 航天低温推进剂技术国家重点实验室的研究方向为：高效低温液化机理及技术、低温高效贮存理论与方法、低温流动传热与测量、低温安全理论与防护技术。根据实验室所承担的航天任务需求以及学科发展需要，实验室近期（20122015年）研究基金课题将优先支持高效氢液化技术、低温推进剂高效贮存、大型复杂低温推进剂系统非稳态流动特性及低温流体参数精确测量方法、氢系统安全理论及危害防护等领域：1.高效低温液化机理及技术（1）低粘气体膨胀机转子系统电磁轴承技术研究研究目标：开展氢液化装置核心器件氢氦膨胀机电磁轴承技术研究。通过应用电磁轴承技术，提高低粘气体膨胀机气体轴承的承载力

3、和高速运转稳定性，为氢氦膨胀机的完全国产化解决关键技术难题。研究内容：开展电磁轴承控制器和控制算法研究、电磁轴承用位移传感器特性研究、电磁轴承转子系统动力学特性研究、自传感器电磁轴承技术研究。（2）安全全低温液氢泵技术研究研究目标：大运载火箭低温推进剂系统需要，安全可靠的液氢循环泵。集成低温电机的液氢泵直接浸泡在液氢中运行，避免了氢泄漏引起的系统安全性问题。本项目开展无泄漏安全液氢泵技术研究，开发高效低温电机研究，仿真优化低温液氢泵的设计，研究全低温液氢泵的工程化实施技术与工艺方案，研制全低温液氢泵样机。研究内容：高效低温电机的设计与研制；液氢泵结构形式及优化设计；全低温液氢泵集成方案的设计。

4、（3）低温密封用负热膨胀材料研究研究目标：通过开展低温性能优良的负热膨胀密封材料在低温密封结构中的应用研究，解决由于系统冷缩产生的低温冷漏问题，消除常温预紧过度带来的低温密封结构应力过大的潜在危险，进而提高低温密封结构整体性能。研究内容：开展耐低温（液氢温区、液氧温区）负热膨胀材料的力学性能研究、低温介质相容性研究。开展负热膨胀材料用于低温阀门、管路等关键密封部位的可行性研究。（4）低温氦透平膨胀机关键技术研究研究目标：当前航天发射场需要中、小规模氢液化器制冷系统，多数采用间壁换热来隔离制冷氦气与产品氢气，以保证整套液化器的安全。本项目开展适合氢氦工质间壁式换热需要的氦气透平技术的研究，高效膨

5、胀制冷过程综合优化研究，透平膨胀机特性的低温试验技术，掌握当前发射场需要的氢液化器系统的核心子设备低温透平膨胀机技术。研究内容：高速氦气轴承方案及气动过程及稳定性的模型仿真与性能试验；高速透平膨胀机内部流动膨胀过程CFD仿真优化及试验研究；透平膨胀机结构优化技术研究。（5）安全低漏率低温换热器技术研究研究目标：氢燃料系统安全性需要低漏率大型低温换热器，本研究进行低温换热器结构形式的安全策略方案研究；大型低温换热器结构设计与优化；适合大型低温换热器材料选择试验；钎焊工艺条件、焊接方案及工艺保障，达到氢系统安全要求需要。研究内容：低温换热器安全性策略方案研究；大型低温换热器结构有限元模型的仿真及优

6、化；适合氢系统大型低温换热器材料低温材料特性试验；低漏率大型低温换热器研制工艺方案研究。（6）氢液化器用精密低温调节阀技术研究研究目标：液氢温度的低温调节阀是氢液化器中的关键子设备，国内无产品，国际上对我国监管控制，大大限制了我国氢液化器的发展。本项目开展低温液氢温度低温调节阀的结构方案研究，低温调节阀专用阀芯优化设计，低温调节阀过程控制特性研究，保持稳定性能低温调节阀的系统的工艺技术，以满足我国自主研发氢液化装置的迫切需求。研究内容：低温调节阀的低温密封技术研究；适合大温差的低温调节阀结构方案的优化研究；低温调节阀控制技术研究研究；保证低温调节阀长期稳定性技术研究。2. 低温高效贮存理论与方

7、法（1）低温推进剂引射减压过冷系统运行机理研究研究目标：开展低温推进剂深度复合过冷系统中的核心技术难题之一安全型引射减压系统运行的热力、传热传质分析，为系统合理、优化设计提供技术支撑。研究内容：引射气体消耗和负压主系统工作压力关系的研究、高过冷度低温液体的换热特性研究、减压推进剂过冷系统过冷温度最优化研究、负压低温系统中危害杂质侵入模式及预防措施研究。（2）新型高效低温绝热材料及绝热结构研究研究目标：支撑我国后续大型、超大型低温推进剂贮存容器的研发，大幅提高我国大型低温容器的绝热性能，同时为将来的长期在轨、载人探月、深空探测等重大航天任务中的低温推进剂高效利用提供关键技术支撑。研究内容：在真空

8、微珠材料方面，开展玻璃微球镀膜技术研究、玻璃微球不同组合方案对绝热性能理论与试验研究、绝热系统结构组合方案研究，以及新型绝热系统样件性能实验测试；开展热力学排气系统（TVS）、蒸汽冷却屏（VCS）、变密度多层绝热（VDMLI）的理论分析及热力学优化及实验研究，核心部件关键难点技术解决途径分析，在提高绝热性能的同时降低低温贮存系统结构总体重量。（3）低温推进剂致密化原理及方法研究研究目标：提高现有低温推进剂的质量密度，从而提高其能量密度，显著提高现有航天运载器的运载能力，或在相同运载能力的情况下降低运载器起飞重量。研究内容：胶氢制备中胶凝剂作用机理研究、氢浆高效连续制备技术研究、氢浆输送技术研究

9、、氢浆/胶氢的物性测量技术研究。（4）地面及空间在轨情况下无损贮存系统关键技术研究研究目标：为降低未来大型航天发射场低温推进剂的保障负担，系统需要设置低温推进剂无损贮存系统。本项目研究低温推进剂无损系统方案，开展系统方案仿真研究，明确系统方案中关键子设备的技术需求，为未来地面及空间低温无损燃料存储系统打下坚实的技术体系。研究内容：开展低温推进剂无损贮存技术方案比较研究、有源无损低温存贮方案关键子设备技术指标的论证、无源无损低温贮存系统的技术研究、微重力环境下的低温流体流动管理及热管理技术、无损低温推进剂贮存系统样机设计。（5）非平衡低温介质两相系传热传质过程研究研究目标：深入研究大型航天运载器

10、低温推进剂在增压输送、增压泄回过程中的品质变化研究，为低温推进剂挤压加注方案的制定以及泄回推进剂后发射场推进剂再保障策略提供理论依据。研究内容：开展不同工作压力、不同作用周期下，液氢-氦气、液氧-氦气、液氧-氮气等多元多相系中的传热传质分析，建立上述体系的传热传质模型，开展仿真分析。同时完成各多元多相系统的实验验证方案。3. 低温流动传热与测量（1）低温大容量过冷换热技术研究研究目标：随着发射场低温推进剂使用量的增大，液氧过冷器设计中的一些关键问题如换热器的形式、液氮液位高度变化以及大量氮气排放时液氮汽卷等需要进一步研究。本研究将针对大容量过冷器的换热问题，以流体力学和传热学理论为基础，通过理

11、论计算和数值仿真方法，突破大容量液氮过冷器中液氮液位变化及氮气排放理论计算关键技术，提出大容量液氧过冷换热器优化方案，为后续运载火箭发射场低温加注系统的设计奠定坚实的基础。研究内容：不同换热型式的换热效率研究；低温介质在不同条件下的换热系数研究；液氮填充高度变化分析；过冷换热器汽液分离研究。（2）外置增压系统压力传输时滞特性与控制策略研究研究目标：发射场大型外置增压器是低温推进剂加注的动力源，直接影响到低温推进剂的加注。由于外置增压系统内流体的流动状态是一个液气转变的过程，从而不可避免的会出现压力传输的延迟，导致后端压力控制不够精确。本研究将通过理论分析和计算，建立空浴式换热设备计算模型和压力

12、传输模型，提出增压器结构设计、优化方案及压力控制策略，为发射场液氢加注提供理论基础和技术支持。研究内容：复杂耦合相变流动的流态分布研究；温度分布计算方法研究；空浴液氢换热设备理论研究；液氢增压器工作过程物理数学研究；增压器压力传输控制策略研究。（3）低温摩擦副间液膜形成条件及膜刚性影响因素研究研究目标：低温动力设备中的机械密封摩擦副润滑是通过低温液体形成的液膜进行润滑的，摩擦副之间的液膜不但具有吸振作用，而且液膜使端面摩擦副得以充分而稳定的润滑，而不至于发生端面的急剧磨损和大量泄露。因此，摩擦副之间液膜是保持摩擦副稳定润滑状态、提高机械密封性能和使用寿命的主要因素。本研究针对不同的低温介质特性

13、，分析影响液膜形成的因素，提出低温摩擦副间液膜形成条件，得到影响液膜刚性的主要因素，突破大型低温液体动力设备机械密封设计关键技术，为发射场低温动力设备设计和安全使用奠定理论基础。研究内容：摩擦副端面摩擦热对低温液体液膜的影响研究；摩擦副间低温液膜压力分布对液膜的影响研究；低温液膜刚性影响因素分析。（4）平衡型节流器件的压损特性及其液氢流量测量的可行性研究研究目标：目前，国内发射场液氢管路的涡轮流量计在正式加注前的准备工作中，存在严重的超转问题，直接影响了流量计的使用寿命和管路系统安全。本研究以孔板流量计为研究对象，从理论上对液氢孔板流量计的压损特性进行分析计算，并通过液氢实验，探索在液氢管路系

14、统使用孔板流量计的可行性，填补我国在该领域内的空白，为发射场液氢流量测量提供技术支撑。研究内容：液氢孔板流量计压损特性理论研究；液氢孔板流量计实验研究；孔板流量计液氢流量测量可行性研究。（5） 液氢在输运管路中的输运特性研究研究目标：无论在航天发射场，还是在车载式的液氢输运系统中，液氢的贮存位置和液氢的使用位置之间都有一定的距离，液氢要经过输运管线才能到达使用位置。在输运管线中，从最初的气态氢、气液两相氢，到饱和状态氢和过冷态液氢都可能存在。基于理论计算和数值仿真方法，对氢在输运管线中的流动和传热特性深入研究，定量确定液氢管路的沿程和局部阻力系数，确认管路状况对液氢热、流状态的影响，找到抑制液

15、氢管路诱导振动的方法。研究内容：液氢管路中流动传热理论研究；液氢流动传热CFD模拟；液氢管路流动特性研究。（6）低温氢的压力测量系统研究研究目标：液氢在储存和输运过程中都需要对液氢的压力进行精确测量，以此来获得液氢的液位和流量数据，但目前的测量方法都存在精度不高和稳定性不能保证等问题。本课题将研究液氢压力在存在大温度梯度管道内的传输特性，消除噪音信号，并基于静压和动压相结合的测量方法，研制出一套液氢压力测量系统，获得精确的液氢压力信号，并研制成数字化仪表。研究内容：压力波在大温度梯度管道内的传输特性研究；压力信号噪音消除技术研究；液氢压力测量系统研究。（7）低温液体输送过程的精确调节与控制研究

16、目标：基于模糊算法和PID调节控制等多种方法和技术，建立精确调节与控制的仿真模型，对流量、压力、液位等多参数进行综合分析、模拟计算，实现参数调节、过程控制执行器的智能化控制，形成一套应用于低温液体输送过程精确调节与控制的智能控制器。研究内容：精确控制的机理研究；多参数综合分析建模研究；单参数控制稳定性研究；精确控制执行器技术研究。4. 低温安全理论与防护技术（1）氢火灾高效消防技术研究研究目标：紧紧围绕发射场液氢贮存和氢气排放安全，针对氢火灾特点，重点突破液氢泄漏模式、液氢爆炸机理及火焰传播机理等关键技术，研究形成氢火灾高效消防方案，为发射场整体安全奠定坚实基础。研究内容：液氢物理与化学爆炸机

17、理研究；液氢爆炸冲击波及火焰传播机理；部分封闭空间内氢爆轰/爆燃分析；液氢系统的爆炸临界分析。（2）氢气安全排放技术研究目标：针对发射场氢气排放的特定环境和特点，重点突破氢气燃烧特性、稳定性及火焰传播特性等关键技术，建立氢气安全燃烧技术方案，为大型低温系统液氢排放燃烧系统的设计与优化提供理论基础与技术支持。研究内容：预混氢气燃烧及排放特性研究；氢燃烧过程稳定性研究；火焰结构与传播特性研究；氢气安全燃烧技术方案研究。（3）氢气高效探测方法研究研究目标：针对发射场氢气泄漏的特定环境和方式，对新型氢传感器进行试验测试，开展高效集成探测系统研究，建立高灵敏度、高选择性、快速响应及快速恢复、稳定性好、能

18、耗低且制作简单的氢气高效探测方法，为发射场安全提供技术支持。研究内容：新型氢敏感性探测元件特性测试；高效集成探测系统研究；新型氢传感器在航天低温推进剂系统中的应用可行性研究。（4）液氢系统中危害杂质行为特性及其危害分析研究目标：针对后续航天任务中大规模乃至超大规模液氢系统对安全性、可靠性提出的极高要求，开展液氢体系中杂质侵入及积聚模式分析、不同杂质组合的安全阈值研究、弱化或消除危害杂质积聚的理论方法及实现的技术途径。研究内容：空气在液氢体系中的固化模态；正常固空及富氧固空在液氢系统中的整体安定性研究；固氧在液氢系统中的安定性研究；固化颗粒粒径分布及其沉积过程；固化颗粒的表面附着特性研究。三、申

19、请要求 项目为自由申请，除实验室固定人员以外的在读博士研究生、具有硕士以上学位或中级以上专业技术职称(含中级专业技术职称)的研究人员，均可申请实验室开放研究课题。申请者须填写航天低温推进剂技术国家重点实验室基础研究项目申请书，申请书填写之前要认真仔细地阅读航天低温推进剂技术国家重点实验室研究基金项目指南，并满足以下要求： (一)申请书填写基本要求1、 撰写申请书时，要求准确填写各项内容。不按要求填写或填写错误的申请书都不能通过初审。2、申请课题的研究内容须符合指南的资助范围，且学术思想新颖，具有创新性。3、申请人所在单位为项目依托单位，申请表须加盖依托单位公章。 (二) 遵守科学道德，要以严谨

20、的科学作风和实事求是的科学精神撰写申请书。严禁在申请书中出现夸大、不真实和不准确的内容，坚决反对弄虚作假。 (三) 申请书各项内容，要实事求是，逐条认真填写。表达要明确、严谨，字迹要清晰易辨。外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现的缩写词，须注出全称。 (四)申请资助项目应避免知识产权纠纷。 (五)申请者应在申请项目开展年份的7月15日之前将开放研究课题申请书纸质版一式三份及相同内容的申请书电子版一份，纸质版须有申请人所在单位的意见，并加盖公章后，邮寄至航天低温推进剂技术国家重点实验室并发送电子版。 (七)批准资助的研究课题，将于申请项目开展年份的10月30日前以邮件方式通知申请者，并办理相

21、关手续。四、项目管理 (一)基础研究项目申请书提交航天低温推进剂技术国家重点实验室学术委员会审议； (二)每年年终或项目结题时，要提供如下项目总结： 1、成果总结(书面附图材料1000字及在TSCP年会上作20分钟报告)； 2、项目年度进展报告(两年期课题)或结题报告(一年期课题)，项目年度进展报告包括：本年度研究工作的进展和成果，下一年度的工作安排和进度，本年度经费使用情况，存在问题、建议；结题报告包括：研究计划要点及执行情况概述，研究工作主要进展和所取得的成果，国内外学术合作交流，存在的问题、建议及其他需要说明的情况。课题组需向实验室提供研究成果证明资料包括：发表学术论文原件、复印件，著作

22、；专利与获奖成果证书复印件；研究工作中的原始技术档案、数据记录、图纸、底片、软件、程序和其它相关资料及目录清单； 3、课题研究成果归实验室和申请人所在单位共有。凡在实验室研究课题资助下发表的论文或取得的其它成果，必须注明“由航天低温推进剂技术国家重点实验室基金课题SKLTSCP资助”(英文为：Supported by the fund of the State Key Laboratory of Technologies in Space Cryogenic Propellants, SKLTSCP)，为课题批准号。在成果鉴定和申报各类奖励时也必须做出同样的标注。4、实验室将邀请优秀开放课题完成人到实验室年会做中期或结题学术报告。 五、联系方式 总装备部工程设计研究总院联 系 人：徐元元 联系电话：(010) 66359712 通讯地址：北京市4702信箱6分箱航天低温推进剂技术国家重点实验室 邮政编码：100028 传 真：(010)58665070 电子信箱：*.cn