补燃循环过氧化氢/煤油发动机性能敏感性分析

针对补燃循环过氧化氢/煤油发动机性能的敏感性,采用敏感性分析方法对影响发动机性能的内外因素进行分析和评估,得到了发动机推力和混合比对不同影响因素的敏感性.研究结果表明,预燃室汽蚀管和涡轮喷嘴有效流通面积、涡轮效率和过氧化氢泵效率对发动机推力影响最大,煤油汽蚀管和过氧化氢主汽蚀管有效流通面积、煤油泵扬程和过氧化氢泵扬程对混合比影响最大.对发动机性能影响较大的因素,在工程实践中应当给予重点关注.     

预压涡轮泵水力性能试验系统

为了进行液氧/煤油发动机预压涡轮泵的水力性能试验,在充分论证的基础上,完成了液氧/煤油预压泵水力试验系统的设计建造.试验系统建成后进行了预压泵的性能试验、汽蚀试验及预压泵与预压涡轮的匹配性试验,达到了预期的试验目的,为预压涡轮泵的设计、改进提供了有效的依据.     

气驱预压涡轮泵对发动机液氧路频率特性影响

液氧/煤油补燃循环发动机液氧路频率特性对于火箭POGO振动和发动机动力学特性具有重要的意义。以某型液氧/煤油补燃循环发动机氧路流体系统为研究对象,重点考虑气涡轮和泵动态特性的影响建立了系统线性化小偏差频域模型。应用复系数状态空间矩阵法计算了气涡轮压比、氧预压泵动态增益、燃气掺混段特性对系统频率特性的影响。研究结果表明:预压涡轮低压比状态下,系统响应幅值变大,预压涡轮压比对系统频率影响较小;预压泵动态增益越大,系统频率越低,幅值越大;燃气掺混段长度越大,系统频率越低,幅值越小。     

液氧／煤油发动机煤油预压涡轮泵技术

液氧／煤油发动机采用独立的预压涡轮泵装置可减小推进剂组元贮箱的增压和提高主泵的转速,从而提高主泵的效率并降低其结构质量。以煤油预压涡轮泵为例,阐述了预压泵结构特点、轴承冷却系统及轴向力平衡装置。为提高预压泵的抗汽蚀性能和扬程．提出了变螺距变轮毂诱导轮方案,分析了流量系数、螺距及轮毂形状,并对诱导轮内流场进行了数值模拟,获得了其内部流场结构。水力试验结果表明,煤油预压泵性能稳定．在预压泵额定流量下,可使煤油主泵的入口压力提高约0．4MPa,与设计值相符。     

火箭发动机的正反转涡轮设计

一项减少重复成本的主要方法就是限制零件数量和简化机械结构.涡轮泵在火箭发动机总成本中占有很大一部分,大约是30%,因此,理应对涡轮泵进行设计简化.对于可贮存的液氧/烃或者液氧/甲烷火箭发动机,把涡轮泵设计成一轴化是有价值的.然而,对于液氧/液氢发动机,由于两推进剂密度之间存在着巨大的差异,因此,最佳方案就是燃料泵和氧化剂泵分别采用不同的转速驱动.在这种方案中,可以仅用一个涡轮来带动液氧和液氢泵,不过两泵之间要通过齿轮来传递转速,例如HM7或RL10发动机就是这样的结构.但是,齿轮在低温环境中的工作是不可靠的,此外,成本和重量也是问题,带有齿轮的涡轮泵适用于低推力发动机,为低功率涡轮泵.目前,低温火箭发动机推力室通常采用两个独立的涡轮泵来供应推进剂,一个涡轮泵是供应液氢,另一个供应液氧(某些俄罗斯的发动机除外).可以采用正反转涡轮,使得氧化剂泵和燃料泵处于单一壳体内.该正反转涡轮设计的约束条件如下:每个转子必须按所需转速驱动相应的泵;每个转子必须传递驱动泵的功率;必须对轴向载荷进行监测,以免轴向推力轴承过载.设计的自由度包括转子半径和涡轮的压力叶栅.本文给出正反转涡轮一个简单的一维理论,考虑了每个转子半径的不同,并对一组同一规格的两个轴流涡轮与正反转涡轮进行了比较.     

火箭发动机两级反转小涡轮的设计与试验

本文叙述了反转式小涡轮泵系统的气动设计和台架试验评估。这种涡轮所代表的技术应用于一台先进的上面级火箭发动机涡轮泵中、这台发动机采用氢氧膨胀循环并通过高效燃烧、高燃烧压力、高喷管膨胀面积比获得高性能指标、发动机性能指标要求涡轮泵的驱动涡轮能在低燃气流率条件下获得高效率。小流率导致叶型的直径、高度及弦长都很小,因此高效和小尺寸的要求对涡轮设计提出了一个具有挑战性的问题。本文叙述用一种非常规的方法来迎接这一挑战,并详细叙述了设计程序以及由此产生的叶型构型、本文对分析一级或二级结构形式以及无二级静叶结构形式的全尺寸气动性能计算方法和结果作了介绍,这项成果的全部结果表明;先进的气动设计工具和硬件生产技术为制造先进火箭发动机的小型高性能涡轮提供了可靠的基础。     

过氧化氢电动泵结构设计与分析

面向火箭冲压组合发动机推进剂调节范围宽、调节模式多样的特点,提出以结构简单、控制方法简洁的过氧化氢/煤油电动泵供应系统来替代传统的涡轮泵系统将更具优势。针对高浓度过氧化氢高温不稳定性及相容性特点,开展基于电机驱动的过氧化氢离心泵一体化结构设计,以高功重比为目标进行过氧化氢泵设计分析。聚焦过氧化氢介质受高温易爆的问题,利用离心泵诱导轮后与泵进口之间的压差,设置了过氧化氢冷却通道,控制泵内各生热部位的温度,通过Pumplinx软件对多个状态下泵外特性及冷却流场进行仿真计算。计算结果显示,泵水力特性良好,过氧化氢温度均在安全范围。分析表明,过氧化氢电动泵结构设计方案可行。     

涡轮泵超低工况性能研究

对于泵压式变推力发动机和先进的冲压发动机,需要涡轮泵变工况工作,涡轮泵变工况性能是该类发动机研究的一个重点。结合上面级验证性发动机试车,对游机涡轮泵变工况的性能和稳定性进行分析研究。通过泵全流量特性试验和汽蚀试验,得出泵能够在额定流量点25%处稳定工作的结论。对涡轮工况变化后的燃气参数、入口压力、出口压力及效率进行分析,认为涡轮也能够稳定工作。给出了游机涡轮泵可以参加验证性试车的结论,并得到了发动机试车的验证。     

发动机涡轮泵流体动静压轴承应用分析

针对液体火箭发动机涡轮泵特殊工作环境,讨论了流体动静压轴承可采用的结构形式和需要解决的关键技术。提出了径向轴承宜采用腔式结构,止推轴承宜采用螺旋槽或瓦块结构;并针对液氧涡轮泵动静压轴承提出了研究需要解决的关键技术。     

树脂砂低压铸造工艺研究与应用

研究了树脂砂低压铸造工艺理论与原理,结合工艺试验得到了铝合金ZL104涡轮泵出口管树脂砂低压铸造工艺规范。采用该工艺规范制造的铝合金ZL104涡轮泵出口管已用于CZ-5和CZ-7运载火箭液氧煤油液体火箭发动机之中,CZ-5和CZ-7运载火箭已通过了飞行考核,液氧煤油液体火箭发动机工作正常。由此表明:铝合金ZL104涡轮泵出口管树脂砂低压铸造工艺是合理、正确和有效的。     

高压高扬程固液两相介质离心泵的设计原则

固液两相介质离心泵主要用于煤化工、冶金、电力、石油化工、市政工程等领域,用于输送含灰渣、固体杂质和浆体的介质,其扬程一般不超过80m。超过80m扬程的高压高扬程固液两相介质离心泵可以用作煤气化工业中的激冷水泵、洗涤塔循环泵和石化行业PTA装置中的TA浆料供料泵,在这类泵的设计中有些需要特别关注的技术特点。从转子刚性、轴向力平衡、过流部件设计的适用性、支撑系统的稳定性、机械密封设计的可靠性等几个方面论述了高压高扬程固液两相介质离心泵的设计原则。     

多级液氢泵级间导叶的设计与改进

采用径向导叶的液氢泵的试验结果表明，导叶损失大，导致液氢泵效率低。提出了一种液氢泵流道式导叶的设计方法，并针对某液氧泵设计了级间导叶，试验结果表明，设计方法合理，降低了级间导叶的损失，提高了液氧泵的效率。     

液体火箭上面级发动机用超低比转数泵研究

为了研制出液体火箭上面级发动机用高性能超低比转数离心泵,采用变曲率复合离心轮、加大流量法等设计措施,设计了比转数分别为24和33的两种高速小流量高扬程离心泵,并应用Fluent流体计算软件对其内流场进行了分析计算。所设计的泵已参加了相关试验,试验结果表明泵性能稳定,扬程曲线无“驼峰”,功率无过载,达到了设计目的。     

液体火箭发动机离心泵叶轮的多目标优化设计

根据液体火箭发动机系统设计确定的离心泵的性能参数,对泵叶轮的几何参数分别进行了单目标和多目标优化设计。优化目标包括:泵的扬程、效率和轴功率。在多目标优化设计当中,采用超传递近似法对目标之间的重要性进行模糊评价,确定各目标的权值,从而求出优化结果。比较结果表明,多目标优化比单目标优化所得结果更符合工程要求,而对目标的重要性进行评价,所得优化结果更符合设计者的偏好。     

液体火箭发动机超低比转速离心泵优化设计

选择液体火箭发动机用高速超低比转速离心泵作为研究对象,运用FLUENT流体计算软件及GAMBIT前处理软件,采用三维k-ε双模型方程对其内部流场进行计算,从优化泵内流动特性的角度出发,优化设计了一台高扬程、高效率、能在大流量范围稳定工作的超低比转速离心泵.仿真结果表明,这种结合内流场特性的优化设计是可行的,而且是快速高效的.     

大功率高速泵的振动监测系统及其应用

大功率高速泵的振动问题是影响安全稳定运行的重要因素。针对GSB-W7高速泵的结构特点,建立了合适的振动监测系统,能够持续监测泵的振动状态,保护机组及整个工艺流程的安全运行并为故障诊断提供依据。以某台高速泵的振动数据为例,进行数据分析,认为轴振动位移偏大主要是由动不平衡量引起的,经动平衡处理后该高速泵的振动特性得到明显改善。结果表明,该振动监测系统在机组保护和故障诊断方面是可行的。     

涡轮泵水力试验系统扭矩现场校准技术研究

为有效解决液体火箭发动机涡轮泵水力试验系统扭矩现场校准的难题,提出了一种基于力偶矩加载原理的扭矩现场校准技术。简要地介绍了该套装置的结构组成和技术难点,并对不确定度进行了分析。     

航天器热控系统中的热泵-蓄冷组合方案

提出了旨在降低热控系统质量的热泵-蓄冷组合热控方案。通过对负荷进行预测，对热泵蓄冷系统的集成模式，系统的运行策略，以及蓄冷设备的容量等问题进行了分析。结果表明：通过合理优化系统的运行参数，热泵蓄冷组合方案能实现热控系统的轻量化设计要求，在未来航天热管理系统中具有相当的应用潜力。     

液氧泵机械密封用金属波纹管设计研究

分析研究了液氧泵机械密封用金属波纹管在常温条件下轴向拉伸变形与金属波纹管自由高度和密封摩擦功耗之间的关系,在此基础上,研究归纳出了液氧泵机械密封用金属波纹管设计规范,采用该规范设计生产的金属波纹管已用于液氧/煤油发动机,该发动机已通过地面热试车考核.