某发动机并联贮箱排放均衡性研究

某发动机系统采用两台并联布局的贮箱供应推进剂,推进剂排放存在不均衡,其排放均衡性与发动机管路流阻特性、推力装置工作特性、发动机结构布局有关。为获得影响该发动机系统排放均衡性的主导因素,并为改善系统排放均衡性提供依据,建立了分析模型,搭建了试验系统,计算分析与试验验证了上述因素影响情况。计算及试验结果表明,发动机管路流阻特性、发动机结构布局为主导因素,对系统排放均衡性影响较大,推力装置工作特性影响很小。据此,提出了可行的改进措施,包括控制发动机管路流阻特性和优化发动机结构布局。     

液体火箭发动机氧腔流动分析及均流板设计研究

采用Navier-Stokes方程数值模拟了某型火箭发动机推力室氧腔流动，计算分析了节流板表面的总、静压分布及其畸变指数。依据压力畸变提出了氧腔均流孔板改进方法，并通过多次分析-设计循环得到了新的均流板。最后对所设计的均流板进行了详细地计算分析和实验验证。分析和验证表明新设计的均流板使氧腔出口节流板表面压力畸变降低了30．4％，显著提高了氧腔压力均匀性，进而可以大大提高燃烧效率。     

矩形流道RBCC动力系统推阻特性之思考

分析了适应升力体外形和矩形流道的RBCC动力系统的推阻特性及其影响因素。矩形流道RBCC动力系统推阻力主要包括:进气道产生的风阻力与升力、火箭发动机推力室产生的推力、燃烧室流道的流动阻力、壁面压力产生的推力及尾喷管产生的推力与升力等。影响动力系统推阻力的主要几何因素有进气道构型与迎风面积、支板/凹腔的构型与尺寸、燃烧室流道的型面与扩张角及尾喷管的构型,来流的动压及气体黏度、燃气物性及燃烧室燃烧效率等也会对其产生影响。高性能RBCC动力系统研发需要考虑进气道、火箭发动机推力室、燃烧室、支板、凹腔、尾喷管等部件的优化设计,以及部件间的相互协调。     

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。     

发动机起动燃气返腔仿真与影响分析

针对某液体火箭发动机在试车起动时出现的燃气发生器头部温度过高现象,建立了发动机起动时发生器及燃气系统内部流动的三维模型,通过Fluent流场计算对起动燃气路内流场进行了模拟和分析。从启动器起动0.65s定常流场计算结果与0～0.65s的瞬变流场计算结果中可以看出,火药启动器燃烧后的起动燃气沿倾斜的燃气入口进入燃气路,经内壁反射后冲入燃气发生器,燃气进入发生器头腔,造成了发生器头部温度过高。调节氧头腔氦吹除流量,进行起动的0.65s定常数值模拟。模拟结果表明,适当增大吹除流量是控制起动时发生器头部温度的一个行之有效的手段。再将燃气多通的燃气入口倾角改进为80°倾角和90°倾角,分别建立模型并进行了起动的0.65s定常数值模拟。模拟结果与原模型进行比较时发现,燃气入口倾角增大可以在一定程度上改变起动燃气路径,减少燃气返腔造成的头腔温度峰值过高的影响。     

某型号发动机试验中涡轮流量计的故障分析

针对某型号发动机试验测量系统中的流量参数测量的异常现象,从涡轮流量计的使用方法、流量计前后压力和流量参数对比、各次试验中测量介质的流阻等角度进行故障分析,对故障原因进行准确定位。     

入口压力对汽蚀管流阻系数测量的影响

汽蚀管流阻系数测量值是液体火箭发动机性能计算和调整的直接依据。针对液流试验中某些汽蚀管入口压力无法加压至额定值的问题,建立了流阻系数分析模型,研究了汽蚀管入口压力对流阻系数测量的影响,得出了流阻系数随入口压力变化的关系式及入口压力对流阻系数影响的修正公式,并对测量流阻系数的五级压力试验方法进行了评估。结果表明:入口压力增大,喉部等效流通面积减小,流阻系数增大;流阻系数随入口压力倒数的减小近似线性增大;额定入口压力两侧对称压力下的流阻系数偏差不同,压力减小引起的流阻系数偏差大于压力增大引起的偏差;五级流量法测定的流阻系数偏小,选取五级入口压力应尽量靠近额定入口压力或不对称选取;当试验入口压力均低于额定入口压力时,采用修正方法修正流阻系数测量值,可有效减小其偏差。     

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。     

缩比推力室甲烷传热试验研究

为了研究火箭发动机推力室冷却通道内的甲烷传热和流阻特性,研制了缩比推力室甲烷传热试验系统,并以推力室挤压热试验的形式进行了5次超临界甲烷传热试验和2次亚临界甲烷传热试验研究.超临界甲烷传热试验燃烧室压力为5.5～7.5 MPa,燃烧室氢氧混合比约为6.8,甲烷温度为128～230 K,甲烷冷却剂流量为5～7 kg/s,甲烷冷却剂入口压力为8.3～11.7 MPa.亚临界甲烷传热试验的室压约为4 MPa,氢氧混合比2.8,甲烷温度为：128～189 K,甲烷冷却剂流量约为2.9 kg/s,甲烷入口压力为3～3.5 MPa.通过试验研究获得了液态甲烷在推力室冷却通道内超临界压力状态和亚临界压力状态下的传热和流阻特性.     

动力系统试验台充气系统优化设计

某试验台承担了多项运载火箭动力系统的试验任务,试验前需要对箭上气瓶进行充气.由于箭上所带气瓶个数较多,充气压力较高,充气所需时间较长,操作人员工作量较大.同时,满足总体单位充气速率要求的难度较大.为了解决以上难题,借助AMESim软件对地面工艺系统进行仿真,获得箭上气瓶充气流量及地面气源压力的变化情况.根据仿真结果进行优化设计,通过在试验系统上增设孔板和增加数显二次仪表等针对性措施,实现了箭上气瓶充气速率在线调节的功能.对气瓶充气流程进行优化,充气气源采取高、低压切换逐瓶供应的方式.经动力系统试验考核,验证了系统优化设计的有效性.     

小流量气体流量的测量方法及应用

介绍了小流量气体流量测量装置的原理和应用背景,建立了小流量气体测量系统。采用两种实验方法,即质量流量计串连孔板测量法和孔板配合差压测量法,进行了测量,得到小流量拟合公式。比较了不同实验方法的精度和特点。结果表明,第二种方法重复性好,测量精度高。     

运载火箭动力系统试验承力环的静力试验

建立了某型号运载火箭动力系统试验用承力环的非破坏性静力试验方案,以评估该承力环的强度和刚度。为模拟发动机关机时的载荷冲击,将静力试验最大载荷设定为发动机额定总推力的2倍,包含水平和垂直两个分量,均分为8个载荷步加载。在承力环上设置了27个三向应变测点和12个轴向位移测点,以监测一些关键点的应力和位移。测量结果显示,在最大载荷下,当量应力达到303 MPa,低于材料屈服强度;轴向变形达到3.16 mm,低于设计许用变形;应力最大点位于支腿销孔处。对销孔孔距的变化进行了测量,并对附近的钢板表面进行了MT探伤。数据结果表明,该承力环在两倍的动力系统试验额定载荷下有足够的强度和刚度,可用于该试验。     

基于RBCC的天地往返运载器动力方案研究

基于火箭基组合循环发动机(RBCC)的结构组成、工作过程和特点,结合某吸气式重复使用天地往返运载器所提出的动力需求,分析了采用RBCC组合循环发动机作为该运载器动力方案的可行性和动力系统指标,设计并计算了RBCC组合循环发动机在各个工作模态下的性能参数.针对相同的运载器使用要求,采用相同的总体和气动力参数,通过飞行弹道仿真,计算和比较了采用RBCC发动机和纯火箭发动机两种动力方案的天地往返运载器方案.研究结果表明,相对于纯火箭动力,采用RBCC动力能明显减小运载器的燃料消耗,并增大其航程.     

膏体推进剂模拟液直圆管流动特性

管道流动特性研究对膏体推进剂供给系统设计具有重要意义.根据非牛顿流体幂律模型,在无壁滑移条件下,分别建立了膏体推进剂模拟液直圆管流动的理论及数值计算模型,并通过丁羟管道流动试验验证了理论模型的准确性.研究得到了膏体推进剂模拟液在直圆管中流动的压降随管径及入口速度变化的情况,并分析了压降的影响因素和幂律指数对管内流速曲线的影响.结果表明,膏体推进剂模拟液在直圆管中压降随管径增大而减小,随入口速度增大而增大.     

运载火箭推进剂复杂流动传热问题数值模拟中的模型简化方法

在运载火箭改进优化或新型运载火箭设计过程中,会遇到各种复杂的流动与传热问题。按照真实产品和物理过程直接建立的数值计算模型过于复杂,不同尺度的结构、流动与传热、长时间的飞行过程相互耦合,出现计算时间太长(数年)、收敛困难、程序调试困难等问题。针对初始条件复杂、飞行过程复杂、边界条件复杂3类具体问题,总结了3种相应的模型简化方法,分别是工程经验法、极限参数法、低维近似法,为推进剂复杂流动与传热的数值模拟提供参考。     

新一代运载火箭增压技术研究

随着新一代运载火箭研制的开展,新型120t级高压补燃液氧煤油发动机将得到广泛的使用,该发动机采用的推进剂贮箱增压系统设计被列为新一代运载火箭研制的重大关键技术之一。在对国内外主要液体运载火箭增压方案进行分析的基础上对120t级液氧煤油发动机的贮箱增压系统进行了研究,提出了液氧贮箱采用压力传感器与电磁阀组合的常温氦气加温增压,煤油贮箱采用压力传感器与电磁阀组合的常温氦气增压方案,并针对液氧贮箱采用常温氦气加温增压的方案开展了理论分析和全尺寸系统级试验研究。理论分析和试验结果表明,该增压方案可行。     

我国载人登月重型运载火箭动力系统探讨

月球研究与利用是21世纪航天发展的重点之一。根据载人登月的需求,探讨了我国重型运载火箭及其动力系统的技术途径,提出研制大推力液氧/烃和液氧/液氢发动机的设想。重点论证了大推力下面级发动机的推进剂组合、动力循环方式及推力量级,认为该发动机推进剂应选择环保、廉价及高性能的液氧/烃组合,动力循环方式应采用先进的补燃循环或低成本的燃气发生器循环,推力应为4000kN左右。     

液氧煤油发动机地面试车故障监控系统研制

为了降低试车中发动机故障对产品和试车台造成的危害,提高安全性,设计了液氧煤油高压补燃发动机地面试车故障监控系统。主要介绍了系统总体实施方案、检测算法及验证情况。多次实际热试车考核和对大量热试车数据的验证表明,该系统未出现一次误报警,能够比指挥员提前检测到故障,系统简单可靠,易于实现,经济性好,对实现地面试车、箭载发动机故障检测和报警具有工程应用价值。     

阿牛巴流量计在氢氧火箭发动机大流量气流试验中的应用

为满足某型号氢氧火箭发动机大流量气流试验要求,通过深入分析和调研,决.定采用阿牛巴质量流量计进行气体流量测量.介绍了阿牛巴流量计的结构组成、工作原理,对流量计的管道安装、流量数据计算进行了详细描述,将阿牛巴流量计与科里奥利质量流量计的测试数据进行比较,结果表明阿牛巴流量计在试验中具有良好使用效果.最后对阿牛巴流量计的性能特点、应用前景进行了论述.     

运载火箭飞行载荷联合优化控制技术

为了解决基于模块化研制的运载火箭其飞行剖面载荷与承载能力不匹配而导致发射概率过低的问题，提出一种基于弹道风修、发动机节流、主动减载、横向动载荷精细化四项减载技术的飞行载荷联合优化控制技术。以箭体承载能力为约束，提高发射概率为目标，多种载荷控制技术联合为手段对运载火箭进行逆向设计，可以有效提高模块化研制火箭的发射概率。以长征八号运载火箭首飞为例，该技术成功将发射概率由研制初期的33%提高到83%。