氢氧发动机地面摇摆试验技术研究

为有效考核氢氧火箭发动机的在轨飞行状态,需要在地面环境模拟发动机的摇摆工作情况。水平试验台承担氢氧发动机地面摇摆试验时,涉及地面热防护、推力测量系统防护、摇摆测控系统指令实时循环发送与更新、测控系统远程控制等4项关键技术。围绕上述4个方面,对氢氧发动机地面摇摆试验技术展开研究。采用数值仿真计算、经验公式、流程图设计、硬件搭建、软件程序编制等多元化的手段,结合实际情况确定输入输出条件,推导出相关结论。试验验证结果证明:摇摆试验地面热防护、推力测量系统防护具有简单易行、防护效果良好的特点,具有较好的工程实用价值。该技术在国内尚属首次应用,已成功申报一项国防专利。     

变质量飞行器变轨中摇摆发动机指向跟踪问题研究

针对携带大推力摇摆式轨控发动机的变质量飞行器,研究了其推力方向跟踪质心位置变化同时指向惯性空间推进方向的问题。研究中将飞行器分为可摇摆的发动机和变质量的平台两部分,利用雷诺迁移定理和变质量力学原理建立了整个变质量系统的数学模型;在控制系统设计中,通过一组线性转换,将系统转换为摄动双积分系统,以时间最优为性能指标,利用相平面法构造开关控制律。仿真结果表明,变质量飞行器利用该控制律能够实现摇摆发动机在惯性空间中跟踪质心位置变化的同时与推进方向保持一致。     

火箭发动机轴承摇摆试验技术

大推力火箭发动机摇摆过程中,摇摆轴承使用环境与轴承自身设计指标不同,在承受较大径向载荷的同时,还要承受一定的轴承载荷,并实现低速往复摆动。为获得轴承的静态承载能力摩擦系数及疲劳寿命等关键参数,设计了一种新的轴承试验系统,模拟轴承在发动机不同工作状态下的安装边界和受载形式。通过试验获得了相应的数据,试验结果表明:轴承静态...     

发动机地面试验摇摆测控系统设计与实现

某型号液体火箭发动机地面试验时需要进行双向摇摆,本项目设计了一套测控系统与配套的伺服机构控制器进行对接,完成伺服机构驱动控制、数字和模拟量参数测量、摇摆指令文件编制、试验数据分析、能源动力供给等功能.该系统基于1553B总线,使用冗余总线结构保证数据传输可靠性,与伺服机构控制器对接后进行地面联试和热试车考验.结果证明研制的测控系统各项功能、指标满足试车任务要求.     

火箭发动机双向摇摆机构运动学研究

从并联机构的角度精确求解发动机双向摇摆机构运动学。用矢量法列出了双摇摆机构的运动约束方程,由半角公式及Sylvester消元法得到了发动机摆角的一元16次方程,求解并筛选获得了发动机摇摆机构的运动学正解,并推导出运动学反解的解析表达式。SimMechanics建模仿真证明了计算结果的正确性。用该法分析了现发动机姿态角近似计算方法的误差。研究对火箭姿态控制算法有一定的参考价值。     

摇摆软管低温疲劳试验关键技术研究

为有效考核液体火箭发动机的工作可靠性,需要通过地面试验验证摇摆软管低温疲劳特性。摇摆软管低温疲劳试验系统承担试验时涉及的摇摆环境模拟、低温压力环境模拟、轴压平衡等关键技术。摇摆驱动分系统利用水平放置的2个液压伺服油缸作为驱动单元驱动十字轴带动摇摆软管摆动,模拟摇摆软管的安装边界及摇摆工况。低温压力供应分系统向摇摆软管内腔输送一定压力的液氮,模拟摇摆软管低温以及内压环境。内压平衡子系统通过设置在摇摆软管内的轴压平衡装置平衡内腔压力产生的轴向载荷,避免在内腔压力作用下伸长。某型氧化剂摇摆软管低温疲劳试验结果表明:摇摆软管低温疲劳试验系统能够实现摇摆软管双向摇摆和单向摇摆等疲劳试验工况,试验环境和边界条件与摇摆软管实际工作状态基本一致,试验参数满足要求。     

摇摆条件下惯性平台系统动态特性分析

惯性平台系统可以隔离角运动的技术特点为惯性仪表提供了良好的工作环境,但是轴端摩擦力矩的存在,将导致基座的摇摆运动对平台台体的稳定性产生影响,引起台体各轴的附加常值漂移即平台摇摆漂移。对于摇摆漂移的产生机理,国内外主要集中分析了运动学耦合原因。本文根据平台系统的稳定工作原理,首次通过建立平台系统的动力学方程,详细分析了摇摆条件下平台的动态特性,从平台动力学的角度详细分析了产生摇摆漂移的机理。结果表明,被稳定的台体各轴的运动特性是绕各轴摩擦力矩以及其余两轴角运动等导致的综合运动,既有单纯的跟踪运动,也有复杂的耦合运动,只有沿陀螺仪自转轴存在角运动,同时存在陀螺仪浮子转角的情况下,才有可能产生台体的摇摆漂移。     

摇摆筛的平衡设计与分析

基于摇摆筛的结构和工作原理,建立了摇摆筛的简化模型并对平衡部分进行了设计和分析。运用动力学方程对摇摆轴结构和平衡系统的离心力进行了研究。进而推导出平衡系统的位置函数表达式和提出了沿两个方向对配重块的调整方法。     

远征三号上面级轨控发动机研制及在轨验证

综述了国内外上面级及其轨控发动机技术发展情况。基于远征三号上面级的任务特点,提出了5 000 N轨控发动机技术方案,着重介绍了5 000 N发动机的地面试验和首次飞行应用情况,总结了远征三号上面级轨控发动机研制经验,供类似火箭发动机研制参考。远征三号上面级5 000 N发动机采用挤压式推进剂供应系统、直流式喷注器、再生冷却方案和复合材料喷管延伸段,具有结构简单、多次启动能力强、双向摇摆角度大等优势,于2018年12月29日进行了首次飞行应用。     

太空新航线

新一代运载火箭发动机研制再传捷报 7月7日，中国航天科技集团公司六院成功进行了我国新一代大推力运载火箭发动机长程摇摆试车。     

中国重型运载火箭动力系统研究

分析了未来航天发展趋势,指出为实现载人登月和深空探测,发展重型运载火箭,研制大推力火箭发动机势在必行.提出了中国重型运载火箭主动力--_1500吨级液氧煤油发动机和200吨级液氧液氢发动机的总体方案,确定了发动机的主要参数,明确了发动机的关键技术,考虑了发动机的研制条件,进行了发动机研制策划.根据中国的技术水平和经济实...     

可贮存推进剂泵压式液体火箭发动机多次起动系统研究

在推力超过一定量级、任务时间较长的情况下,泵压式发动机比挤压式发动机具有明显的技术优势。从国内外上面级及重型空间飞行器推进系统的发展需求来看,均要求其主发动机具有多次起动工作的能力。针对采用可贮存推进剂的泵压式液体发动机多次起动需求,对几种可选的多次起动系统方案进行了比较分析,介绍了起动箱式起动系统的研究情况。     

低速条件下引射火箭实验研究

开展了火箭基组合循环推进在引射阶段的实验系统设计，实验系统包括以支板为特征结构形式的引射火箭试验发动机，自由射流气路系统，燃料喷注系统和压强推力数据采集系统，以固体火箭发动机作为燃气发生器，成功地进行了静态海平面零马赫状态下引射模态实验，获得了相关实验数据，同时，对相应的几何结构做了数值模拟，数值计算结果与实验结果基本吻合。     

液体火箭发动机涡轮泵转子弯扭耦合振动研究

为获得转子振动特性,针对液体火箭发动机涡轮泵转子系统建立了其在密封流体激振作用下的弯扭耦合动力学模型。通过数值仿真和试验研究了涡轮泵转子系统弯扭耦合振动的动力学特性,结果显示在密封流体激励作用下弯扭耦合振动的非线性特性显著。还研究了偏心距对涡轮泵转子系统弯扭耦合振动的影响。本研究可为液体火箭发动机涡轮泵转子的结构设计、诊断与维护提供可靠信息。     

补燃循环发动机强迫起动研究

某泵压式液体火箭发动机是我国首台采用强迫起动方式的补燃循环发动机.结合发动机特点建立了强迫起动模型,进行了系统级冷调试验,根据试验及仿真结果确定了发动机起动参数及起动程序.针对试车暴露的问题,采取一系列措施解决了起动超调、起动爆燃、推力室点火冲击大及喷注器起动变形等问题.研究结果在发动机试车中得到验证.     

某型号大推力火箭发动机试验推力测量不确定度评定

根据某型号大推力火箭发动机试验推力测量系统的工作原理和组成、计量标准量值传递关系和系统低温调试结果,确定推力测量系统的不确定度来源,通过进一步的误差分析并应用误差计算理论对系统不确定度进行评定,得出该系统测量不确定度作为推力测量准确性依据。     

发动机试验中伺服控制系统抗干扰技术研究

对干扰产生的机理以及特定干扰抑制方法进行了研究，并结合某型号发动机联试中屡次出现干扰及当时排除干扰的方法，提出了从人、机、环境、线路结构、整个系统角度出发，解决伺服控制系统在发动机试验中干扰现象的新途径。     

基于虚拟仪器技术的信号处理与故障检测系统

为了对液氧/煤油高压补燃发动机试验过程进行实时监测,以便及时发现故障并能够采取相应的措施,基于虚拟仪器技术,运用LabVIEW7.0软件开发环境,开发了一套液氧/煤油发动机数据分析与故障检测系统。通过实例验证,该系统能够大幅提高试验数据分析的效率,并对发动机试验过程的故障进行快速有效的检测。     

液体火箭发动机基于ATA算法的实时故障检测与报警系统实现

以平台液体火箭发动机为研究对象,改进和完善了用于发动机实时故障检测的自适应阈值门限算法（ATA算法）,提高了算法检测的适用性。然后,从健康监控系统的功能和要求出发,基于LabWindows／CVI实现了发动机地面试车的实时故障检测与报警系统。结合实际试车数据的检测结果表明,系统不仅能够及时地对异常试车数据进行检测报警,同时,对正常试车数据也没有误报警。     

小推力推进系统起动过程的分析

本文对小推力推进系统各部件建立了数学模型，并对此系统进行了数值计算。计算结果表明，在燃烧时滞较大时，该系统响应较慢，发动机参数的超调量较大，达到稳态所需的时间较长；轨控发动机与姿控发动机共用同一个供应系统时，姿控发动机受燃烧时滞的影响更大。减小燃烧时滞有利于提高发动机在起动过程的响应能力和稳定性。在起动阶段，高室压推进系统比低室压推进系统响应快，高室压轨控发动机的参数能较快地稳定下来，但其超调量较大；高室压姿控发动机虽然响应快，但其超调量大，达到稳态所需的时间长于低室压姿控发动机。本文所得结论为提高小推力推进系统在起动过程的响应能力提供了参考。