航天器在轨加注技术的发展与应用对于提高航天器机动能力、延长航天器寿命和适应多样化任务需求具有重要意义。空间液体管理是实现航天器在轨加注的重要技术之一。微重力环境下,以表面张力为主要作用力的液体流动有许多区别于常重力环境下的特性,了解和掌握微重力环境下液体推进剂的流动规律,是确保推进剂在轨传输得以顺利进行的前提和基础。当从贮箱内排出推进剂时,为保持贮箱内推进剂处于气液分离的状态,排液速率存在最大值限制。若排液速率超过临界值,将由于毛细压力不足以平衡界面上的气液压差而导致液面失稳,气体卷入推进剂中,致使推进剂传输失败,这就是推进剂排液过程中存在的过流稳定性问题。不对称内角流道作为一种应用广泛的推进剂管理装置,在卫星推进剂贮箱中具有重要应用,但是,目前对于该流道过流稳定性问题的研究还寥寥无几。本文以航天器在轨加注技术为背景,以不对称内角流道为研究对象,研究了微重力环境下卫星贮箱在排出推进剂过程中的过流稳定性问题。建立了不对称内角流道过流稳定性模型,基于该模型开展了贮箱内推进剂管理装置优化设计,并进行了相关的微重力实验设计工作。主要研究内容有:(1)不对称内角流道过流稳定性建模。通过引入等效内角,将不对称内角转化为与其具有相同液面参数的对称内角来间接求解,克服了不对称内角的几何复杂性给建模带来的困难;分析了微重力环境下液体在表面张力驱动下的流动机理,由动量方程、质量守恒方程、Young-Laplace方程出发,推导得出了一维过流稳定性控制方程,通过对该方程的数值求解,可以解算出液面参数及临界流量值;利用Fluent流体仿真软件,对该理论模型进行了数值仿真验证。(2)不对称内角流道过流稳定性特性分析。在不对称内角流道过流稳定性模型基础上,探究了流道长度、宽度、贮箱半径等几何因素对于流动稳定性的影响;分析了推进剂粘性对流动稳定性的影响,该工作为后续导流板的优化设计奠定了基础。(3)基于流动稳定性的导流板优化设计。基于不对称内角流道一维过流稳定性模型及特性分析,以推进剂排出过程中的临界流速最大为优化目标,以导流板长度、宽度、个数、贮箱半径等为设计变量,分别对单独安装内、外导流板贮箱及两者结合形式的贮箱进行了优化设计。该工作对工程实际中的贮箱设计具有参考意义。(4)不对称内角流道过流稳定性的实验设计。结合我国中科院力学所百米落塔的实验条件,设计了用于验证不对称内角流道过流稳定性的微重力实验装置及实验方法。尽管实验由于装置加工方面的原因未能如期开展,但该实验设计为后续开展微重力实验奠定了良好的基础。论文综合应用理论分析、数值仿真、实验设计等手段,对微重力环境下推进剂在卫星贮箱内排出过程的稳定性进行了研究,丰富了内角流动理论的研究内容,为板式表面张力贮箱的优化与设计提供了参考,在理论研究与工程应用上都具有较大意义。