真空仓圆形仓体结构设计【任务书+开题报告+Solidworks+CAD+说明书】.rar

1.设计原始条件、主要技术指标与技术参数1.设计原始条件、主要技术指标与技术参数氧气系统模拟供气量不大于 3000kg/h，系统抽气能力在（015）km 的高度范围内；建设氧气系统试验平台，试验台有效容积不低于 4m。试验台设 DN300 法兰接口一个、DN200 抽气接口一个、DN150 补气接口一个、DN80 一个引气接口、DN125 备用接口两个、DN40 排污接口一个以及电器接口。试验台内设照明、视频监控设备；开门机构接口通径 DN700，并设置观察窗口。试验平台内最低压力可达到 7kPa，底部设置支撑结构，并配排污阀。试验台内部设平台，方便成品试验件、假人、座椅样件等安装。建设系统移动平台，试验台整体固定在移动平台上，试验台底脚配备滑轮和可伸缩式固定脚垫，可以实现部件的整体移动；建设本地采集控制及远程控制系统：建设控制柜一套，控制柜整体悬挂在试验台架侧面，控制柜包含程序控制器、触摸屏及控制按钮。选择一套可编程序控制器（PLC）作为控制单元，可以控制各种自动化应用。采用模块化结构，且提供许多功能方便的 I/O模块、模拟量输入输出模块，以备生产规模扩大时，可以随时对 PLC 进行扩展；提供各种通讯接口，能够经济有效的实现对整个采集系统的控制。测试改装：完成对机载管路的测试改装，其中包含测压接管嘴与测温接管嘴的制作与焊接安装、流量测量管路的改装及流量计转接头的制作与焊接安装。测试改装处保证焊缝整齐、气密性良好；试验系统安装完成后，对试验系统按照试验系统的最大压力进行系统的气密性检测，保证所有管路接口及测试改装处均不发生泄露，如发生泄露及时进行修改。2.设计内容（任务）2.设计内容（任务）设计主要内容：（1）真空舱圆形舱体结构总体方案设计；（2）真空舱氧气系统各部分功能设计；（3）真空舱圆形舱体结构各个部分计算；（4）真空舱圆形舱二维三维图绘制；（5）建设系统移动平台，试验台整体固定在移动平台上，试验台底脚配备滑轮和可伸缩式固定脚垫，可以实现部件的整体移动；（6）建设真空舱本地采集控制及远程控制系统：建设控制柜一套，控制柜整体悬挂在试验台架侧面，控制柜包含程序控制器、触摸屏及控制按钮。选择一套可编程序控制器（PLC）作为控制单元，可以控制各种自动化应用。采用模块化结构，且提供许多功能方便的 I/O 模块、模拟量输入输出模块，以备生产规模扩大时，可以随时对 PLC 进行扩展；提供各种通讯接口，能够经济有效的实现对整个采集系统的控制；（7）测试改装：完成对机载管路的测试改装，其中包含测压接管嘴与测温接管嘴的制作与焊接安装、流量测量管路的改装及流量计转接头的制作与焊接安装。测试改装处保证焊缝整齐、气密性良好；系统管路及连接件：配套DN200 DN150 DN80 DN40 等不锈钢管、连接件与支架，并根据成品接口类型配备快速拆卸接头及与成品接口匹配的管路；（8）测试元件：按照技术要求完成各皮托管、压力、温度等测试元件接口件的采购。3.设计工作及成果基本要求3.设计工作及成果基本要求设计工作：1)氧气系统模拟供气量不大于 3000kg/h，系统抽气能力在（015）km 的高度范围内；2）建设氧气系统试验平台，试验平台内最低压力可达到 7kPa，底部设置支撑结构，并配排污阀。试验台内部设平台，方便成品试验件、假人、座椅样件等安装。3）建设系统移动平台，试验台整体固定在移动平台上，试验台底脚配备滑轮和可伸缩式固定脚垫，可以实现部件的整体移动。4）测试改装：完成对机载管路的测试改装，其中包含测压接管嘴与测温接管嘴的制作与焊接安装、流量测量管路的改装及流量计转接头的制作与焊接安装。测试改装处保证焊缝整齐、气密性良好；5）试验系统安装完成后，对试验系统按照试验系统的最大压力进行系统的气密性检测，保证所有管路接口及测试改装处均不发生泄露，如发生泄露及时进行修改；6）建设真空舱本地采集控制及远程控制系统：建设控制柜一套，控制柜整体悬挂在试验台架侧面，控制柜包含程序控制器、触摸屏及控制按钮。选择一套可编程序控制器（PLC）作为控制单元，可以控制各种自动化应用。采用模块化结构，且提供许多功能方便的 I/O 模块、模拟量输入输出模块，以备生产规模扩大时，可以随时对 PLC 进行扩展；提供各种通讯接口，能够经济有效的实现对整个采集系统的控制；成果要求：（1）设计说明书 1 份，达 1.5 万字以上，且要符合规范要求；（2）设计图样全部用 CAXAcad 绘制，总的绘图量达 2 张 A0，另加一张装配图（或部装图）用手工绘制的底图；（3）真空舱圆形舱体三维图绘制。4.时间进度安排（时间节点、阶段任务、提交成果）4.时间进度安排（时间节点、阶段任务、提交成果）学期/周次任务预期成果1516准备开题，查阅资料，准备开题设计方案、开题报告1718结构设计设计手册、指导记录1919参数选择及修改设计计算、零件草图第7学期2020零件图图纸、三维装配1 3阶段检查蓝皮本4 5中期检查中期报告、自查表611零部件的计算和校核，画装配图设计任务全部完成第8学期1216论文毕业答辩，整理毕业设计材料，存档离校5.主要参考文献与资料5.主要参考文献与资料1李有堂.机械系统动力学M.北京:国防工业出版社，2005:1-12,52-1052张海军,曹勤.工程机械动力学M.北京:国防工业出版社，2014(4):1-25.3机械制作技术基础课程设计指南M.化学工业出版社,25444李庆寿,机械制造工艺装备设计适用手册M.银州：宁夏人民出版社,19915廖念钊,莫雨松,李硕根.互换性与技术测量M.中国计量出版社.2540：9-196窦双庆,变推力发动机高模试验真空压力测量技术研究M.火箭推进.2013-06-15 7樊磊，张仁奇，李波，王凌旭，何锦航，支路型真空雾化液压油连续除气装置设计与实验研究M.现代机械.2019-12-288李志勋,王宏亮,赵曙,刘丽宁,液体轨控发动机真空矢量推力现场校准影响因素分析 M.载人航天.2019-12-159王明迪,刘国栋,王正,韩潇,基于 PID 控制的舱压调节系统设计M.液压与气动.2019-10-12 10魏坤,王开松,史善爽,彭新宇,陈鸿宇,EAST 铰链式机械臂真空存储舱 CASK 系统研制M.核聚变与等离子体物理.2018-09-1511Phaal,R.,Farrukh,C.J.P.,Probert,D.R.,2004,Aframeworkforsupporting the management of technological knowledge,Int.J.Technology Management,27/1:1-15.12Sun,H.,Hong,C.,2002,Thealignmentbetweenmanufacturingandbusiness strategies:its influence on business performance,Technovation,22:699-705.13Hon,K.K.B.,2005,Performance and Evaluation of ManufacturingSystems,Annals of the CIRP,54/2:139-154.14VDI-Richtlinie3780,2000,TechnologyAssessmentConceptsandFoundations,Beuth.Ueda,K.,Takenaka,T.,Vncza,J.,Monostori,L.,2009,Valuecreationand decision-making in sustainable society,Annals ofthe CIRP,58:681-700.15Miahael Cotter.Rethinking the piston pumpa physicists convictions,World Pumps.Volume 2000,Issue 401,2000,(2):32-3316E.Kop and C.J.Hooke.Consideration in the design of partially hydrostatic slipper bearingsA,Tribology International C,Volume 30,Issue 11,November 1997,Pages 81582317Ramakumar R.Engineering Reliability:Fundamentals and Applications.New Jersey:Printice Hall,1993专业意见学院审查意见经审查，符合 不符合人才培养方案要求。经审查，同意 不同意 下发该任务书。负责人（签章）：主管院长（签章）：年 月 日 年 月 日沈 阳 工 程 学 院毕 业 设 计 开 题 报 告毕 业 设 计 开 题 报 告课题名称真空舱圆形舱体结构设计专业班级机制 B221学 号2022438109学生姓名芦俊航1.所选题目在其领域的研究现状、设计的目的和意义所选题目在其领域的研究现状、设计的目的和意义1.1 国内外研究现状：国内外研究现状：在 2l 世纪，表面处理在内的表面技术成为相当大的一个真空应用领域。因为人们对材料可靠性的要求，尤其对表面技术的应用定会有所增长。现在人们都喜欢用防锈、防氧化的材料。铝合金虽己生产出来了，但就原有工艺稍加改进，就会在性能上大有改观，如用氧化膜将材料与大气隔开，就能满足用户上述的要求。这种情况，只要提示一下与真空厂家合作就能开拓一个相当可观的市场。又如过去作超纯铝箔的方法很费事，又要把真空设备应用到这个项目的生产过程中去，就一定会产生更好地超纯铝箔来。如果真空厂家能积极地参与到这一应用领域中去，人们对真空的需求自然会大大加强。搞分子束外延似乎都在以超大规模集成电路为目标。要想达到这一目标就要求有非常微细的结构。在这种情况下，最大的障碍就是灰尘。如果一系列的操作都能在真空中进行，从底片进入真空室到最终处理完成也在真空中进行是最理想的。如何去掉灰尘，首先是避免人与元件的直接接触。但真空设备不一定都是干净的。一般认为放气、排气或者切换开关时就会扬起灰尘，所以还是存在一定的问题。有时也需要给装置搞一个清洁的表面，清洁的表面是极其容易受污染对，当必须 使表面维持清洁状态的时候，有一个受到控制的气体环境往往比处于超高真空状态更为理想。为了充入某种气体以保证清洁度，就要在充分处理本底之后，再充入干净的气体。例如在溅射成膜时的真空度并不高。然而充入气体之前的本底压力则对膜的质量有很大的影响，所以溅射装置必须给创造一个良好的本底真空度。有时由于充入其它气体，而使得真空度略有下降，但就在这种真空度稍有改变的情况下，也可以进行同样的操作。真空技术不仅仅建立狭义上的真空，而且制作高纯气体，再受控制的环境下维持所需表面，这也是真空技术的应用。如果这样考虑，真空技术的应用也就更广泛了。在航天领域，一些航天器和载具的底部结构常采用圆形舱底设计。这样的设计能够提高结构的强度和稳定性，有助于在极端条件下保持载具的稳定性。例如，航天探测器和登月器的下部往往采用圆形设计，因为在受到外部压力的情况下，圆形形状能够更均匀地分布压力，减少结构的应力集中，提高结构的耐压能力。国内外研究机构对圆形舱底的设计和优化也进行了系统研究。这些研究主要集中在材料选择、结构强度分析、耐压性能测试等方面。在航天、深海探测和特殊工业领域，对圆形舱底的研究成果不断地为相关领域的工程设计和科研创新提供着重要支持。1.2 设计目的：设计目的：为满足试验需求，模拟真空状态，需进行氧气系统试验平台及机载管路建设，用于氧气分系统的真实装机状态，为试验提供必要的试验测试环境。提高舱体结构在极端环境下的稳定性，特别是在受到大气压力时，能够更好地分散压力，减缓结构的疲劳程度，增强耐压能力。设计意义设计意义：航天和深海探测：圆形舱底设计对于航天器、深海潜水器等载具具有重要意义。它能够提高载具在极端环境下的稳定性和安全性，保障探测任务的顺利进行。对于工业应用圆形舱底设计的应用不仅局限于航天和深海探测领域，也可在一些特殊工业应用中得到使用。环境适应性和安全性增强：圆形底部结构的设计在大气压力变化或深海高压等极端环境中展现出更好的适应性，提升了工程结构在极端环境下的安全性。真空仓圆形舱底设计的研究和应用，对于航天、深海探测等领域的工程设计和科学研究都有着重要的意义。它不仅推动着相关领域的科研创新，也为工程结构在极端环境下的稳定性和安全性提供了重要支持。2.设计内容设计内容（1（1）真空舱圆形舱体结构总体方案设计；氧气系统各部分功能设计；真空舱圆形舱体结构各个部分计算；真空舱圆形舱二维三维图绘制；（2 2）建设系统移动平台，试验台整体固定在移动平台上，试验台底脚配备滑轮和可伸缩式固定脚垫，可以实现部件的整体移动；（3 3）测试改装：完成对机载管路的测试改装，其中包含测压接管嘴与测温接管嘴的制作与焊接安装、流量测量管路的改装及流量计转接头的制作与焊接安装。测试改装处保证焊缝整齐、气密性良好；系统管路及连接件：配套 DN200 DN150 DN80 DN40 等不锈钢管、连接件与支架，并根据成品接口类型配备快速拆卸接头及与成品接口匹配的管路；（4 4）试验系统安装完成后，对试验系统按照试验系统的最大压力进行系统的气密性检测，保证所有管路接口及测试改装处均不发生泄露，如发生泄露及时进行修改；（5 5）氧气系统模拟供气量不大于 3000kg/h，系统抽气能力在（015)km 的高度范围内；3.设计方案设计方案（1）材料选择：选择先进的轻量高强材料，如碳纤维复合材料或高强度铝合金。这既能减轻结构负荷，又具备足够的强度和耐腐蚀性。（2）采用高性能的气密密封材料，确保在真空中维持稳定的内部气压，防止外部介质的渗透。（3）建设氧气系统试验平台，试验台有效容积不低于 4m。试验台设法兰接口一个、抽气接口一个、补气接口一个、一个引气接口、备用接口两个、排污接口一个以及电器接口。试验台内设照明、视频监控设备；开门机构接口通径，并设置观察窗口。试验平台内最低压力可达到 7kPa，底部设置支撑结构，并配排污阀。试验台内部设平台，方便成品试验件、假人、座椅样件等安装。（4）建设气压调节系统，舱内必须配备精确的气压调节系统，能够在外部大气压变化时迅速调整舱内气压的氧气，以维持安全且适宜的环境。（5）现场安装：按照原理图完成管路的现场安装。其中包括管路的现场焊接、各传感器转接头的焊接、传感器的安装与固定、阀门及流量计的现场安装与固定、电缆的现场敷设、台架安装合适的搭铁线保证接地良好。（6）测试改装：完成对机载管路的测试改装，其中包含测压接管嘴与测温接管嘴的制作与焊接安装、流量测量管路的改装及流量计转接头的制作与焊接安装。测试改装处保证焊缝整齐、气密性良好；3.1 可能遇到的问题及解决措施可能遇到的问题及解决措施：成品制作时造成的损失浪费可能会导致材料短缺不足，所以在预购产品材料时要比预期的数量多一些。4.预期目标与所需条件预期目标与所需条件预期目标：预期目标：（1）管路敷设整齐、工艺接头齐全；（2）能够达到设计目的且满足设计要求；（3）系统运转正常，各执行部件运行正常，无泄露现象；所需条件：所需条件：碳纤维复合材料或高强度铝合金、连接件与支架，并根据成品接口类型配备快速拆卸接头及与成品接口匹配的管路、电缆及架桥，按照原理对现场不锈钢管路采用氩弧焊焊接，所有经加工或改装的管路必须经过清洗，清洗完毕后方可进行安装。制作流量计支架，根据原理对现场的阀门，流量计进行安装；根据现场元器件布局情况加工测试电缆桥架，完成相应电缆敷设。5 参考文献：参考文献：1樊磊，张仁奇，李波，王凌旭，何锦航，支路型真空雾化液压油连续除气装置设计与实验研究M.现代机械.2019-12-282李志勋,王宏亮,赵曙,刘丽宁,液体轨控发动机真空矢量推力现场校准影响因素分析 M.载人航天.2019-12-153王明迪,刘国栋,王正,韩潇,基于 PID 控制的舱压调节系统设计M.液压与气动.2019-10-12 4魏坤,王开松,史善爽,彭新宇,陈鸿宇,EAST 铰链式机械臂真空存储舱 CASK 系统研制M.核聚变与等离子体物理.2018-09-155王建党,and 王非洲.石阡水上乐园造浪房真空舱结构施工技术.建筑施工 43.10(2021):2090-2092.doi:10.14144/ki.jzsg.20216裘进浩,袁明,季宏丽.大型飞机舱内振动噪声主动控制技术的研究及应用J.航空制造技术.20107张天平,李忠明.真空舱几何结构对离子推力器背溅射沉积影响的计算研究J.真空科学与技术学报,20128王宏亮,李广会,曹明明等.推力室逆置点火瞬时真空舱流场数值与试验研究J.火箭推进,20149沈刘.苏联寻求使用 NASA 的真空舱J.世界导弹与航天,198810王光煜.超速动平衡试验室真空舱抗击穿问题J.机械工厂设计,198811Nishii Keita,Levin Deborah A.Kinetic simulation of ion thruster plume neutralization in a vacuum chamberJ.Plasma Sources Science and Technology,202312Werkhausen Andrei D.,Hey Heyder.Temperature transition optimization in cryogenic systems:Application to liquid nitrogen expenditure reduction in a thermal vacuum chamber case studyJ.Applied Thermal Engineering,202413Wang,Bo,Zhu,et al.Numerical Simulation of GasSteelSlag Multiphase Flow in the Vacuum Chamber of the RH DegasserJ.JOM,2021,73(10):1-9.14 Delivering the European Green Deal.(n.d.).Retrieved March 1,2023 15 Cities100:Barcelona-Redefining City Blocks to Tackle Traffic-Related Emissions(n.d.).Retrieved Jul 29,202316 Delivering the European Green Deal.(n.d.).Retrieved March 1,2023 指导教师意见学院审查意见经审查，该方案 可行，同意不可行，不同意开题。经审查，通过 不通过 开题答辩。指导教师（签章）：主管院长（签章）：年月日年月日沈阳工程学院沈阳工程学院本科毕业设计论文本科毕业设计论文真空仓圆形仓体结构设计真空仓圆形仓体结构设计Vacuum chamber circular chamber structure designVacuum chamber circular chamber structure design学 院：专 业：班 级：学生姓名：学生学号：指导教师：沈阳工程学院毕业设计（论文）I摘 要随着人类对宇宙探索的深入，宇航员在太空中长时间生活和工作的需求日益增加。真空舱作为宇航员在太空中居住和工作的主要场所，其设计和制造的安全性、舒适性和功能性显得尤为重要。圆形舱体由于其独特的结构优势，在航天探索中得到了广泛应用在材料科学、生物科学等领域，许多实验需要在真空或特殊气压环境下进行。真空舱圆形舱体作为一种重要的实验设备，为科研人员提供了稳定、可靠的研究平台。本文具体工作安排如下;1、首先通过查阅相关资料熟悉了解真空仓的工作原理、真空舱氧气系统各部分功能以及真空仓的整体结构组成，然后再结合任务书的设计参数和指标完成真空舱圆形舱体整体方案的确定。2、在对真空仓进行设计时主要是根据试验压力完成真空仓壁厚的计算和验证，然后完成整个舱体的结构和尺寸的计算和设计。3、在真空舱优化方面一是通过对开孔法兰接口、阀门以及管道的结构和布局进行优化来实现真空仓结构上的优化，在材料方面的主要是通过采用高强度铝合金新材料的优化方案在保证真空舱整体强度的同时减轻其整体重量。通过上述工作完成真空仓的结构设计和优化，4、最后利用 SolidWorks 三维软件完成整个真空舱舱体的三维模型的建立，通过有限元分析软件完成真空舱体整体的应力和变形分析校核真空舱体的结构强度，通过法兰密封盖进行有限元校核其强度并进行结构上的优化改进，提高其结构强度，保证其密封性能关键词 真空仓圆形舱体；高强度铝合金管；有限元分析；法兰密封盖沈阳工程学院毕业设计（论文）IIAbstractWith the deepening of human exploration of the universe,the demand for astronauts to live and work in space for a long time is increasing day by day.As the main place for astronauts to live and work in space,the safety,comfort and functionality of the vacuum module are particularly important in its design and manufacture.Because of its unique structural advantages,the circular capsule has been widely used in space exploration in materials science,biological science and other fields,and many experiments need to be carried out in vacuum or special pressure environment.As an important experimental equipment,the circular chamber provides a stable and reliable research platform for researchers.The specific work arrangement of this paper is as follows;1.First of all,familiarize yourself with the working principle of the vacuum chamber,the functions of each part of the oxygen system of the vacuum chamber and the overall structure of the vacuum chamber by consulting relevant information,and then determine the overall plan of the circular chamber body by combining the design parameters and indicators of the task book.2.In the design of the vacuum chamber,the calculation and verification of the wall thickness of the vacuum chamber is mainly completed according to the test pressure,and then the calculation and design of the structure and size of the entire cabin body is completed.3,in the vacuum cabin optimization,one is to optimize the structure and layout of the open hole flange interface,valves and pipelines to achieve the optimization of the vacuum cabin structure,in the material aspect is mainly through the use of high-strength aluminum alloy new material optimization program to ensure the overall strength of the vacuum cabin while reducing its overall weight.Through the above work to complete the vacuum bin structure design and optimization,沈阳工程学院毕业设计（论文）III4.Finally,the three-dimensional model of the entire vacuum cabin body was established by using SolidWorks 3D software,the stress and deformation analysis of the entire vacuum cabin body was completed by finite element analysis software,and the structural strength of the vacuum cabin body was checked by finite element analysis,and the strength of the flange seal cover was checked by finite element analysis and structural optimization and improvement were carried out to improve its structural strength and ensure its sealing performanceKey Words：vacuum chamber round chamber;High strength aluminum alloy tube;Finite element analysis;Flange seal cover沈阳工程学院毕业设计（论文）目录目 录摘 要.IAbstract.II第 1 章 绪 论.11.1 研究课题的目的和意义.11.1.1 研究课题的目的.11.1.2 研究课题的意义.11.2 研究课题的国内外发展状况.11.2.1 研究课题的国内发展状况.11.2.2 研究课题的国外发展状况.31.3 研究课题的发展趋势.4第 2 章 整体方案的确定.62.1.设计原始条件以及主要技术指标与技术参数.62.2.设计方案.72.3 真空仓结构组成.8第 3 章 真空圆形舱体的设计.93.1 圆形舱体整体结构的设计.93.2 真空仓壁厚的计算和校核.103.3 真空舱体开孔和法兰的设计.133.4 真空舱体开孔和法兰的设计.16第 4 章 真空舱体的有限元分析.184.1 有限分析方法和步骤.184.2 真空仓体结构简化以及网格化.194.3 真空仓体总体应力以及变形分析.214.4 真空舱体强度分析.224.5 稳定性分析.23第 5 章 真空舱体密封系统的设计.285.1 法兰密封盖密封槽的设计.285.2 密封圈材料非线性分析.29结 论.31致 谢：.32参考文献.33沈阳工程学院毕业设计（论文）第 1 章 绪论1第一章 绪 论1.1 研究课题的目的和意义1.1.1 研究课题的目的本次规划设计的圆形真空舱，其核心目标是适应实验需求，模拟真实的真空环境条件，从而实现氧气系统试验平台和机载管路设施的有效构建。这一设计旨在如实模拟氧气分系统在实际装机时的状态表现，为相关测试提供一个必不可少的逼真试验场景。提高舱体结构在极端环境下的稳定性，特别是在受到大气压力时，能够更好地分散压力，减缓结构的疲劳程度，增强耐压能力。1.1.2 研究课题的意义在航天工程及深海探索行业中，圆形舱室结构设计对航天飞行器和深海潜水器等运载工具具有至关重要的作用，因其能有效增进此类设备在极端环境下的稳定性和安全性，从而保障各类复杂探测任务的顺利实施。另一方面，圆形底部设计的应用并不仅局限于此两大领域，在某些特殊的工业应用场合也展现出了其实用价值。特别是在应对像大气压强骤变或深海高压等极端环境挑战时，圆形舱体底部结构设计凭借其出色的适应能力及强化的安全性能，显著提高了工程结构在极端条件下的稳固性和抵御风险的能力。深入研究并广泛应用真空仓的圆形舱底设计，无论是在航天科技研发，还是在深海勘探技术领域，都具有重大的理论与实践意义。这不仅积极推动了相关领域的科研创新步伐，而且为工程结构在面对极端环境时如何保持高度稳定性和安全性提供了关键性的技术支持。1.2 研究课题的国内外发展状况1.2.1 研究课题的国内发展状况虽然我国的航空航天事业起步相较于其他国家稍晚，但其进步速度颇为迅速。在大力发展航空航天事业的过程中，我国同步研发并制造了一系列专门模拟空间沈阳工程学院毕业设计（论文）第 1 章 绪论2环境的高端设备。例如，早在 1970 年，我国便成功建造了一座名为 KM3 的空间模拟器，其内径为 3600 毫米，全长 7300 毫米，主要用于中小型卫星的热平衡测试和真空环境实验。进入 21 世纪初，我国自主研发的最大型空间模拟器 KM4 面世，该模拟器拥有直径 7000 毫米、高度 12000 毫米的宏大体积，标志着我国在空间环境模拟技术上的重大突破。追溯至上世纪 70 年代初期，我国即开始筹备并启用 KM5 空间环境模拟器，并将其投入到实际应用中。与此同时，KM6 载人航天器空间环境试验设备是国内当时最庞大的航天器空间热环境模拟装置，其主要功能是为了进行载人航天器的真空热试验。值得关注的是，KM5 和 KM6 这两款先进的模拟器在神舟系列飞船的研发与发射历程中扮演了举足轻重的角色，为神舟飞船成功冲向太空提供了不可或缺的技术保障和试验支持。在 2009 年，北京卫星环境工程研究所成功打造了 KM7 大型空间环境模拟器，其主要任务是对太空中的“真空环境”、“寒冷黑暗”以及“太阳辐射”等各种自然现象进行逼真的模拟再现。紧接着，在 2016 年，我国航天科技集团公司的第五研究院总装与环境工程部门独立研发出了规模更大的 KM8 空间环境模拟器，该设备不仅是当前亚洲区域内最为庞大的同类设施，同时也是世界上第三大的空间环境模拟装置，它的诞生为我国在 2020 年顺利构建空间站奠定了坚固的基础。这一系列先进且完备的空间环境模拟设备，无疑为我国航空航天事业的发展和壮大立下了汗马功劳。除此之外，为了更精准地模拟航天器在高空高速飞行时所面临的复杂气动环境，我国还在川西地区的大型风洞集群中建造了一座特别针对高超声速和低密度气体流动特性的风洞实验设备。臧少锋与钱才富携手利用 ANSYS 软件对直径超过 22 米的超大型真空容器进行了非线性屈曲性能的深度解析，成功计算出了该容器可能承受的极限载荷值，并根据所得分析数据强调指出，相较于直接增加真空容器壁厚，于容器外围增设加强圈更能显著提升容器对外部压力的抵御效果。另外，职玉山、王仲仁以及王志行团队采用实验研究的方式，专注于密封法兰的性能探究，不仅探讨了法兰的热处理技术和加工工艺，同时还运用有限元分析法，发现了密封法兰的密封性能会随着密封槽宽度和密封圈压缩度的不同呈现规律性变化。韩潇、祁妍等学者在全面理解和梳理真空容器系统结构及其设计原理后，运沈阳工程学院毕业设计（论文）第 1 章 绪论3用有限元方法，对大型空间模拟器内部真空系统在各种复杂负载条件下的结构应力分布进行了详尽的数值模拟计算，并在此基础上对真空容器部分结构进行了优化改进，从而既增强了真空容器整体的可靠性，也使其在经济效益层面更具合理性。黄本诚、陈金明和祁妍等研究者在介绍传统大型真空容器的结构布局和活动门设计原理的基础上，运用有限元分析技术，对真空容器中大开口部位的补强方式以及整体稳定性进行了精密的计算与解析，并通过实际实验对计算结果给予了验证。吕世增、韩潇等人创新性地融合了可靠性设计和优化设计方法，首次明确了真空容器可靠性的量化标准，并构建了针对大型空间模拟设备真空容器的可靠性优化数学模型，成功破解了以往设计方法存在的效率低下且无法有效进行可靠性评估的难题。杨超则采用有限元方法对真空绝热深冷容器的稳定性进行了多角度的考察，包括特征值分析、几何非线性分析以及非线性弹塑性分析等，并将分析结果与实验室实测数据进行对照，有力证明了采用特征值分析方法来判断此类容器稳定性的合理性。1.2.2 研究课题的国外发展状况国内外研究机构对圆形舱底的设计和优化也进行了系统研究。这些研究主要集中在材料选择、结构强度分析、耐压性能测试等方面。在航天、深海探测和特殊工业领域，对圆形舱底的研究成果不断地为相关领域的工程设计和科研创新提供着重要支持。德国 IABG 公司的 STC 试验中心拥有一台空间环境模拟设备，其直径为6200mm，长度为 12000mm。这台模拟器是德国用于模拟太空环境的主要设备之一。而在日本，筑波宇宙中心于 1975 年建立了一台直径为 8000mm，高度为 25000mm的空间模拟器，为日本中小型卫星的研制与发射提供了重要支持。1986 年，美国 PDM 公司制造了一台空间环境模拟器，其直径为 12200mm，长度为 24400mm。此外，欧洲空间研究中心也设有一台直径为 10000mm，高度为 15000mm 的空间环境模拟器，这是目前欧洲最大的空间环境模拟器。而在 1989 年，印度也建造了沈阳工程学院毕业设计（论文）第 1 章 绪论4一台直径为 9000mm，高度为 13000mm 的空间模拟器。位于美国休斯敦空间中心的美国最大空间环境模拟器，其直径为 19800mm，高度为 36600mm。而在美国航空航天局的艾姆斯研究中心，建于 1976 年的 MARSWIT 直流式边界层低密度风洞，其体积约为 4058m。该风洞采用高压空气引射的方式进行驱动。另外，AWT 风洞是位于美国航空航天局的 Lewis 中心的一座历史悠久的风洞，建于 20 世纪 40 年代。在 80 年代进行改造后，其截面由圆形变为八边形，内切圆的直径为6100mm，可用于试验的有效长度为 12200mm。而在日本，2007 年建成了 MWT 直流式低密度风洞，主要用于模拟火星的大气环境。该风洞的真空容器有效空间内径为 1800mm，长度为 5000mm。这些空间环境模拟设备和风洞为各国在航天领域的研究和发展提供了重要的支持和保障。Li 和 Shen 等针对空气静压轴承性能测试设计一套真空系统，并应有有限元对真空室的结构强度和稳定性进行分析，得到了可以满足实验需求的真空系统。Wang 等针对真空羽流效应实验系统设计了一个直径 5500mm，长 12800mm 的真空室，利用有限元对真空室的强度和稳定性进行分析。并根据实验进行对比，得出有限元方法在真空容器的设计中是可靠的结论。Takanhashi 等针对大型低温引力波望远镜设计了一套真空系统。Hsueh 等应用 NASTRAN 中的四边形和三角形单元对托克马克核聚变试验反应堆的真空容器壳体进行了有限元分析，得到了真空容器的应力和位移量