流量调节器动态特性研究

针对一种用于液体火箭发动机的液体流量调节器,建立了描述该流量调节器稳流工作过程的非线性动态数学模型,并利用该模型对流量调节器的动态响应特性进行了仿真研究,探讨了结构参数变化对流量调节器动态特性的影响.     

飞行器的一种控制执行机构——变推力火箭发动机调节系统性能分析

本文介绍一种可用于飞行器控制系统中的动力装置——变推力火箭发动机的系统方案。根据控制系统的要求,对发动机可调文氏管——喷注器系统的结构参数选择和设计,推导出数学表达式,并对这种发动机控制系统的动态性能和稳态性能加以分析。变推力液体火箭发动机,通常都是利用改变推进剂的秒流量来实现推力调节,其方案可利用喷注器流通截面的变化,或者在发动机供应系统中设置流量调节器,改变流量达到推力调节的目的。但是比较完善的方案是发动机供应系统和喷注器系统对推进剂的流量都进行调节。供应系统中的调节器用来调节推进剂的流量和组元混合比,喷注器流通截面的变化保证推进剂的喷射速度和雾化质量。供应系统中的流量调节器通常是采用可调节流量文氏管。在一般文氏管中加上一个可沿文氏管中心线移动的同心锥,调节锥的纵向移动改变文氏管的流通截面积,调节推进剂的流量。并且文氏管往往处于汽蚀状态下工作。     

变推力发动机仿真计算分析

分析了变推力发动机采用的双调模式,用流量调节器控制推进剂流量。流量定位针栓式喷注器控制喷注压降,保证喷注速度基本不变。根据发动机系统特点建立了主要组件的数学模型,并根据模型进行了仿真计算,最后对发动机前管路流阻影响进行了分析。     

通用化液体火箭发动机静态特性仿真平台

静态模型用于在发动机各稳态工况下对参数进行动力平衡计算,在发动机地面热试车或飞行试验之前,将发动机参数设定为规定值,已成为型号设计的固定流程。静态模拟是液体火箭发动机系统方案改进和新型发动机系统研制的重要手段之一。基于模块化建模思想和面向对象技术,建立了一套适应大范围变工况调节的发动机组件高精度通用化静态模型库,应用面向对象的仿真工具MWorks/Modelica软件开发了一套适用于液体火箭发动机静态特性分析的模块化建模与仿真软件。该仿真平台实现了现有静态计算成果的标准化、集成化;突破了传统一型号一模型的局限,极大地缩短了研制周期。     

燃烧组件时域分布参数系统动力学模型

液体火箭发动机的动态特性,特别是与燃烧组件相关的系统动力学特性,一直是理论研究和工程设计中重要的研究内容。在时域上建立了非线性分布参数燃烧组件动力学模型。将时域的频率研究范围从低频扩充到涵盖一阶纵向声学频率的中高频范围。采用了时空分离的方法对模型进行数值求解,采用ROE格式对模型进行空间离散,采用Dassl隐式变步长格...     

发动机推进剂增压输送系统建模仿真技术综述

建模仿真是研究液体火箭发动机推进剂增压输送系统性能特性的有效手段,仿真可缩短研制周期,减少研制费用。总结了国内外液体火箭发动机推进剂增压输送系统的建模方法、数值求解技术的发展概况,并针对增压输送系统模块化的特点,介绍了航空航天领域主要流体仿真软件的功能及国内外利用商业建模仿真平台进行推进剂增压输送系统仿真研究的应用情况,为大推力液体火箭发动机增压输送系统工作特性仿真研究提供借鉴。     

流量调节器在泵压式供应系统中的动力学特性

针对某型流量调节器及泵压式供应系统,建立了描述其动态特性的频域分析模型,研究系统在出口压力扰动下的频率响应特性以及系统的固有稳定性.结果表明调节器在系统中的位置对系统高频范围内的频率特性影响很大.当供应系统总压降保持一定,增大出口局部流阻的压降能降低系统的谐振峰.当出口局部阻力较小,管路长度比例合适时,系统能够出现自发的不稳定.出口局部阻力越低,系统的总管路长度越大,则系统稳定性越差,不稳定的管路长度比例区间就越大.系统产生不稳定的机理是,在合适的管路长度比例下,调节器第二道节流口所分成的两截管路的声学频率相匹配,且流量调节器处于固有频率的压力波腹,滑阀始终受到频率一致、较大幅值的脉动压力的作用,使得滑阀在固有频率下产生明显的随动响应,对系统形成正反馈.在系统的阻尼耗散作用不足时,形成了耦合的不稳定系统.     

液体火箭发动机水击特性仿真及试验研究

建立了液体火箭发动机水击压力的模型,进行了数值仿真和试验对比分析,研究了影响液体火箭发动机水击压力的影响因素,讨论了发动机关机后推进剂管路的压力瞬变特性,从而验证了数值模拟的正确性。     

液体火箭发动机汽蚀管堵塞仿真研究

建立了某泵压式液体火箭发动机系统组件数学模型,在此基础上进行了发生器氧化剂汽蚀管堵塞的动态仿真计算。仿真计算结果表明:发动机涡轮转速在堵塞初始快速下降,之后下降变缓。     

基于EASY5的液发系统建模与仿真可行性研究

为在方案设计和系统性能估算阶段,对液体火箭发动机进行方便快捷的系统研究,基于MSC.EASY5仿真平台,采用模块化建模思想,建立了液体火箭发动机系统工作过程主要组件的仿真模型,通过Fortran/C等自编程序与EASY5链接,进一步扩展了模型元件范围,并扩充了流体种类,使其适用于液体火箭发动机的研究,并根据发动机循环方式,搭建液体火箭发动机系统模型。为验证模型的正确性,针对RD-170发动机系统建立系统模型,并进行稳态点仿真计算,仿真结果与已有资料相符合,且仿真快速便捷,仿真结果精度高。以上结果表明,本文建模与仿真方法具有较强的实用性。     

火星环绕器推进系统建模与可视化研究

针对液体推进系统的联合仿真演示需求,基于模块化建模思想,根据守恒方程和状态方程,应用AMESim开发了通用液体火箭发动机组件模块库并建立了推进系统仿真模型,利用Simulink和LabVIEW开发了仿真控制模块和视景仿真模型,搭建了全系统联合仿真环境与平台.结合某型火星环绕器推进系统的任务要求以及具体构成,实现了该火星...     

补燃循环发动机推进剂利用系统研究

采用推进剂利用系统可以提高运载火箭的发射能力。以液氧/煤油富氧预燃室补燃循环发动机为例,提出的混合比调节系统方案为:在推力室燃料主路设置全流量的混合比调节器,由步进电机驱动,可以实现混合比连续调节。与我国现有的液体火箭发动机相比,这种调节方式可以实现全流量调节,调节范围大。同时,混合比调节时对推力、比冲和涡轮泵转速等参数的影响很小,对发动机系统和组件的影响也较小。发动机混合比调节范围可以达到±10%,调节速率为每秒2%以上。     

泵压式多次起动发动机起动过程仿真研究

某型上面级液体火箭发动机采用可反复充填的起动箱作为起动系统,实现了泵压式发动机的多次起动,但相比火药起动器炮式起动方式,发动机起动过程更为复杂。为研究发动机起动过程工作特性,应用Modelica语言,基于MWorks平台建立了起动箱多次起动泵压式发动机动态特性仿真模型,对发动机起动过程进行了仿真研究,分析了起动箱压力、起动箱内推进剂消耗量、起动参数设置对起动过程的影响。结果表明:发动机每次起动推进剂消耗量远小于起动箱设计容积;起动过程参数变化呈现"挤压起动-再充填-稳态工作"三个平台变化的显著特征;发动机在较大起动箱压力范围内均能够保证正常起动。发动机热试车结果验证了发动机起动时序设置的合理性和起动箱参数设置对起动过程的影响。     

液体火箭发动机动态特性仿真技术研究进展

仿真技术是研究液体火箭发动机动态特性的主要手段之一。总结了国内外液体火箭发动机动态特性仿真技术的研究进展,将仿真技术的研究进展分为三个阶段:专用仿真程序阶段、通用仿真软件阶段和多学科联合仿真阶段。对各个阶段的进展进行了总结和评述,分析了各阶段仿真技术的主要特点。在总结研究进展的基础上,对今后发动机动态特性仿真技术的发展方向提出了设想。     

补燃循环发动机推力调节过程建模与仿真研究

以补燃循环液氧煤油发动机为研究对象,对其推力调节特性进行了研究.建立了描述补燃循环发动机瞬变过程的数学模型,提出了求解供应系统管路内液体瞬变流控制方程的Chebyshev伪谱方法,应用该模型对补燃循环液氧煤油发动机的推力调节特性进行了仿真计算,并将计算结果与试验数据进行了对比分析,验证了模型和算法的合理性.研究结果表明：对于所研究的补燃循环发动机系统而言,通过调节发生器中较少组元的流量,改变涡轮泵的功率,可很好地实现调节推力的目的,且该推力调节系统具有良好的动态调节品质和很强的抗干扰性.     

火药起动系统对发动机起动性能的影响分析

针对采用火药起动器起动的泵压开式循环液体火箭发动机,对其起动系统进行了分析和研究。建立了液体火箭发动机火药起动器计算模型和起动系统燃气管路流场计算模型。将所建立的起动系统模型应用于发动机系统仿真,对发动机火药起动过程进行仿真,分析了起动系统中火药起动器参数和燃气管路参数对发动机起动性能的影响,确定了主要影响参数和影响规律。火药起动器火药药柱内径、火药药柱长度以及燃气管路火药起动器喷管喉部直径为强影响因素;燃气管路涡轮喷嘴喉部直径和管路出口直径在确保发动机火药起动主要工况段燃气管路流场流态为额定工况流态的前提下,为弱影响因素。试验数据验证表明,发动机起动系统的仿真结果正确、可信。     

挤压式液体火箭发动机水击特性研究

以某四氧化二氮/偏二甲肼挤压式液体火箭发动机为研究对象,建立了包括液路动力学模型、充填动力学模型和气路动力学模型的发动机系统启动过程动态数学模型。仿真计算了发动机系统启动过程中不同节流孔位置和大小时的水击峰压。分析表明,在靠近阀门处设置节流孔可明显减小水击峰压,对氧化剂管路的作用较燃料管路更明显;较小的节流孔利于降低水击峰压,但尺寸须合适,否则会因推进剂流量下降而在节流孔处形成发射。     

液体火箭发动机试验噪声测试分析

研究液体火箭发动机的声学特性不仅对发动机故障识别与预报有重要意义,还会对液体火箭上的有效载荷工作可靠性产生影响。为此,对液体火箭发动机试验噪声进行测试分析就显得尤为必要。针对液体火箭发动机试验噪声的特点,提出了一种适用于液体火箭发动机试验的噪声测试方法,介绍了该噪声测试系统的原理和各组成部分功能。对某型号液体火箭发动机地面试验所产生的噪声进行了测量,结合所测得的噪声信号进行了时域与频域分析,对发动机周围噪声特性进行了研究,得出了发动机在试车台上的噪声分布特征,对液体火箭发动机的设计改进和地面试验台的降噪措施有一定参考价值。     

液体火箭发动机管路断裂失效分析及动力优化

液体火箭发动机管路系统的安全性与可靠性已成为发动机能否安全工作的关键。针对某型火箭发动机管路断裂失效的问题,提出了管路的动强度失效分析方法与动力优化设计技术。通过机理分析与故障复现,提出了管路振动控制措施;以故障管路考核部位接头的前后倒角为设计变量,以倒角位置最低动应力为目标函数,采用结构频率禁区约束,进行动力学优化模型设计与基于形状优化的动强度优化设计;开展接头结构在基础激励下的随机振动疲劳损伤定量分析,改进方案最终通过了疲劳试验验证。结果表明,通过对管路结构的动力学优化,提升了管路结构的力学环境适应性与可靠性,验证了改进措施的有效性;所建立的结构失效分析、动力优化设计方法可为型号研制工作提供技术支撑。     

基于LabVIEW的调节器低温动性能试验台测量系统设计

流量调节器是液氧煤油火箭发动机中关键的自动调节装置,其动态性能直接影响发生器乃至发动机的工作特性.为进一步验证流量调节器工作可靠性,设计并集成了调节器低温动性能试验台测量系统.测量硬件基于PXI系统搭建,软件基于LabVIEW平台进行编程.首先介绍了测量系统的总体方案及工作原理,然后对热电偶测量方法、硬件选型、软件总体架构、软件子模块设计及拖拽式数据显示方法进行了重点阐述,最后简要说明了测量系统的调试方法及结果.测试结果表明,测量系统稳定、可靠,能满足试验要求.