基于流固耦合理论的关机水击特性

为了考虑结构变形对关机水击特性的影响,应用Workbench15.0构建双向流固耦合分析系统,模拟关机水击过程,通过压力和流线的分布图分析压力波传播和能量耗散。根据轨控发动机大流量、高室压、快响应的发展趋势,设计了8个工况来分析流量、压力、阀门关闭时间对水击特性的影响。仿真结果表明:在水击发生后,水击的能量只有小部分通过从入口流出和结构变形而耗散,大部分水击能量的耗散是由于流体的粘性损失。流量只对水击峰值压力有影响,且流量越大,水击峰值压力越大。阀门关闭时间的缩短增加了峰值压力和水击频率,减缓了衰减速率。管路背压对水击特性几乎没有影响。因此,在进行轨控发动机高室压水击试验时,在保证流量和关阀时间相同的情况下,减小出口背压,可以得出与高背压一致的水击压力变化曲线。     

液体火箭发动机关机水击的数值模拟

基于特征线法对某液体火箭发动机小尺寸推进剂供应管路的关机水击进行了数值模拟.研究了发动机关机后推进剂管路的压力瞬变特性,并验证了数值模拟的正确性,同时通过实例计算分析测压支管直径和长度改变时测压支管端部压力与阀门处压力的关系.结果表明:测压支管的存在使实测点与管路内压力瞬变特性可能有较大差异,是造成测量数据不能正确反映管路内真实压力的原因.     

火箭发动机水击压力数值模拟分析

依据水击理论,以某液体火箭发动机为例,采用特征线法建立推进剂供应系统一维流动数学模型,实现了关机水击数值模拟。实例计算分析了测压导管对水击过程的影响。     

试验台冷却水系统水击压力仿真研究

液体火箭发动机试验台冷却水供应管路具有长度长、管径大的特点.发动机试验过程中,由于阀门动作过快所产生的水击压力会对试验台冷却水供应系统的安全可靠运行产生严重影响.针对该问题,借助系统流动特性瞬态仿真软件,建立了某试验台冷却水供应系统水击压力仿真平台.通过特征线法对系统内水击压力的变化情况进行了仿真计算,并将仿真结果与放水试验时的实测值进行了对比分析,验证了所建立模型的计算准确性并分析了误差产生的主要原因.在此基础上,分析了关阀策略及管路配置对系统内水击压力的影响,提出了优化阀门动作顺序及开启手动旁通阀2种降低试验台冷却水系统水击压力的方法.仿真结果显示,通过采用以上2种方法能够有效降低水击压力峰值,同时增大其衰减速率.     

“海星”肼推进系统的水击试验

“海里”肼推进系统是落压式单组元系统,它用于轨道上升和保持。该系统由1个半膜贮箱、1个电爆阀、4个倾斜的4.4N 推力室、2个压力传感器、2个充气阀和1个加注泄出阀组成。最初的系统方案分析表明,在系统启动时存在着推进剂绝热爆炸的潜在失效模式。为了进一步了解系统启动时水击引起的压力骤升程度,进行了一次试验。本文详细介绍了试验系统、步骤和结果。最后根据试验结果给出了针对“海星”推进系统的具体结论和针对小卫星推进系统的一般结论。     

双线圈高速开关阀的水击特性验证

高速开关阀是航天领域动力系统的关键元件,需要具备高频响和高可靠性。然而,高速开关阀的开关特性会使系统产生水击现象,降低系统的可靠性,尤其是在高速开关阀高频切换过程中会产生更多的水击压力波,致使系统中的水击变得更加复杂。因此,采用仿真和实验相结合的方法对不同频率下水击压力脉动的变化进行分析,最终通过对数据时域和频域的分析,发现了高速开关阀的水击压力脉动规律,研究结果可在航天动力系统中应用。     

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。     

水击问题的Fourier谱方法计算

给出了推进剂供应系统管路内流体瞬变流动的数学模型,提出了采用Fourier谱方法求解瞬变流非线性偏微分方程的新方法。以一段两端分别连接贮箱和阀的直管道为例,利用该方法对阀门关闭后管道中形成的水击和压力振荡特性进行了求解,给出了相应的仿真结果,与已发表的采用特征线法和有限元法求解结果进行了比较。对数值计算中的非物理振荡问题进行了讨论。     

水击压力校准系统快关阀的研发与应用

为实现水击压力传感器现场动态校准,模拟液体水击压力产生的状态,研制了一套用于水击压力传感器现场校准的快关阀,并对阀关键部件脆性片材料进行重点选择和验证试验。测试结果证明:快关阀关闭时间满足设计要求,实用效果良好,可用于瞬态水击压力现场动态校准。     

推进剂供应系统增压过程仿真

在大型液体火箭推进系统中,推进剂供应系统对贮箱压力有着严格的要求,增压系统作为可靠性环节的关键系统,工作过程复杂,需要进行仿真分析和试验验证,以改进设计。应用系统仿真技术,对某推进剂供应系统的增压过程进行了仿真,仿真结果与试验情况基本吻合。仿真结果表明缓冲阀可以有效地抑制增压过程压力振荡。此外,系统增压时间不能低于17s。     

新型针式高压隔离阀的设计和试验

空间推进任务有时需要气体推进剂在高压贮箱内密闭长达数年,隔离阀作为隔离贮箱内高压气体推进剂的装置,不仅要求在数年后可正常启动,而且在高压条件下必须严格控制推进剂的泄漏量。因此,提出了一种新型高压气体隔离阀,其采用中空启动针穿破隔离装置的启动方式以减小金属碎屑对气体微通道的影响。对该隔离阀进行了开启验证试验,并以开启隔离阀前后通过启动针的气体流量之比作为一个重要参数,分析了金属碎屑对气体微通道的影响。结果表明:开启隔离阀的功率约为5.6 W,满足微小卫星对低功率的严格要求;同时气体流量之比约为95%,可认为金属碎屑对气体微通道的影响比较小。     

某推进系统气路启动特性研究

为研究某推进系统气路启动特性,找到造成影响减压阀建压稳定性的原因,获得稳定的减压阀出口压力建压过程,依据系统仿真方法及相关试验,对该推进系统气路启动特性进行了研究。结果表明,减压阀阀后压力稳定性与阀后的管径及阀内的N_M~L存在关系。     

概率风险评价技术及应用（续）

3 PRA应用示例分析 3.1定义目标与系统分析 以航天器的推进系统为例。在航天器内有两个独立的冗余推进器系统。图3是其中一套推进器系统的推进剂输送模块，包括：肼储箱、引向推进器的两条推进管线、每条管线上设有的常开隔离阀和压力传感器，以及基于压力传感器所测压力来控制隔离阀的控制器。     

双组元落压推进系统混合比控制方法

双组元落压推进系统以其简单、高可靠、高比冲的特点在空间飞行器上逐渐得到应用。由于双组元落压推进系统压力和推进剂流量存在明显的变化,其混合比控制方法与双组元恒压推进系统存在显著的区别。本文分析了双组元落压推进系统混合比的影响因素,构建了混合比计算模型,提出了基于初始贮箱压力控制混合比的方法,并通过推进系统热试车验证了混合比控制方法的有效性。试验结果表明:通过控制初始贮箱压差不超过0.05 MPa,可将系统混合比偏差控制在不大于1.8%的指标范围内。     

配置点谱方法求解推进剂供应管路瞬变流动

基于一维管道瞬变流理论和数值谱方法,给出了求解推进剂供应系统管路内液体瞬变流控制方程的Chebyshev配置点谱方法,通过将“超谱粘性项”引入控制方程,有效地消除了由于解的间断或大梯度变化引起的数值振荡.以一段两端分别连接贮箱和阀门的等截面圆直管为例,利用该方法对阀门关闭后管道内水击现象进行了计算,给出了相应的水击压力仿真结果,并分别与采用特征线法和有限元法求解的结果进行了分析比较,论证了Chebyshev配置点谱方法求解推进剂供应管路内流体瞬变流的可行性.     

水击压力传感器现场校准方法研究

介绍了发动机试验水击压力测量的重要性,水击压力传感器进行现场校准方法研究的必要性.通过分析水击压力产生机理、水击压力传感器测量原理,以及对国内外动态校准系统比较分析,设计了水击压力传感器现场校准系统,提出水击压力传感器现场校准装置设计指标、工作方式,校准装置设计难点,同时介绍了现场校准系统的关键技术.并重点论述了水击压力传感器现场校准方法,对水击压力传感器现场试验数据和发动机试验数据进行了比对,分析了水击压力现场校准装置的设计可行性.最后利用校准装置进行了水击压力传感器现场校准试验,对现场校准数据进行计算分析,得到水击压力传感器灵敏度系数、系统校准曲线和上升时间等.还针对试验中水击压力测量干扰信号提出了抗干扰措施.     

航天飞机轨道飞行器RCS主推力室直动阀的设计改进

航天飞机轨道飞行器 RCS 主推力室采用先导式阀(POVs)来控制推进剂的流量。由于先导式阀有些固有的缺陷,因此新研制了直动式阀(DAVs)(参考文献1和2)。根据在所规定的使用条件下无泄漏的密封性、防金属硝酸盐的污染、不受供应管路压力波动的影响、具有足够的结构强度和循环寿命、以及与先导式阀互换性的初步要求提出了各项设计改进。考虑上述各项改进、设计、制造和试验了验证组件。验证组件的试验内容包括振动、响应特性和循环寿命,同时对阀门中装配的关键组件波纹管也进行了寿命试验。本文介绍了设计改进的细节,同时提供了相应的试验数据。     

卫星单元肼推进系统落压工作特性的数值仿真与试验

以风云三号(FY-3)卫星为研究对象,提出了一种卫星单元肼推进系统落压工作特性的数值仿真法。根据简化的推进系统物理模型,建立了贮箱、管路、自锁阀与过滤器,以及推力器的仿真数学模型。计算了四种不同工况下的落压工作特性。计算结果与FY-3卫星推进系统热试车试验数据的比较表明,两者相当吻合。由此验证了该数值仿真法的准确性和工程推广应用的可行性。     

N_2O自增压贮箱的动态供应特性

建立了氧化亚氮(N_2O)贮箱自增压模型并完成了模型校验,获得的贮箱压力计算值与实验结果吻合良好。针对自增压贮箱供应液态介质时的动态工作特性开展了仿真计算,结果表明:在相同的质量流量下,供应液态推进剂比供应气态推进剂更有利于维持箱压和流量稳定;受蒸发吸热作用的影响,自增压贮箱在供应过程中压力总是呈下降趋势。给贮箱加热有利于减缓其压力的下降速度,但存在压力响应滞后、换热面积减小等问题,不易获得稳定的动态供应压力。     

热力学排气系统对液氮贮箱控压特性的影响分析

为研究热力学排气系统(TVS)对低温推进剂贮箱控压特性的影响，搭建了液氮热力学排气技术控压试验平台，开展了混合模式和并行模式下的低温贮箱控压试验，研究了不同控压区间气枕压力及液相温度的变化规律，对并行模式过程中节流特性以及节流制冷量的输入对液相温度变化的影响进行了分析。试验结果表明，在混合模式中由于外部漏热和气枕压力的影响，液相温度呈波浪式上升趋势;在并行模式中，在节流制冷量输入和外部漏热的共同作用下，液相温度停止上升转而下降；在两种模式运行中，液相温度在较高的控压区间比较低的区间变化率大；理论模型能够较好反映试验测试结果，模拟分析得到的液相温度变化率与试验结果基本一致。