发动机矢量推力测量与校准系统设计研究

矢量推力作为火箭发动机关键性能参数,对飞行器的飞行轨道精度控制具有重要意义。对火箭发动机工作产生的矢量推力进行准确测量成为目前发动机试验推力测量中亟待解决的问题。介绍了国内外目前矢量推力测量技术的进展和矢量推力测量与校准系统原理组成,分析了系统设计的关键技术,建立了发动机矢量推力测量与原位校准系统。基于矢量推力的解耦算法,开发了矢量推力测量与校准软件。针对某型号姿控发动机进行矢量推力试验测量,成功获得了发动机的矢量推力数据。测得的发动机的矢量力数据中主推力的测量不确定度低于1%,侧向力的不确定度低于5%。     

泵前管道波纹管对推力测量的影响分析

液体火箭发动机试验推力测量的准确性对评价发动机性能意义重大。为减小1 200 k N液氧/煤油发动机地面试验时由于试验系统的原因对发动机推力测量准确性带来的影响和提高推力测量精度,针对1 200 k N液氧/煤油发动机试验台的推力测量系统,通过理论分析和试验验证的方法分析了泵前管道推力分离面上的2台波纹管的受力状态及波纹管在低温状态和受压状态下对推力测量的影响,获得了波纹管的竖向推力损失、低温与常温推力原位校准斜率修正系数、负推力修正系数等重要数据,并提出了波纹管安装固定要求,为修正1 200 k N液氧/煤油发动机推力测量数据、提高发动机推力测量准确性提供依据。     

液体火箭发动机试验负推力修正

推力大小是表征火箭发动机性能的关键指标.液体火箭发动机地面试验中,推力参数的测量准确性关系到比冲的准确计算和对发动机性能的正确评价.发动机试验中影响推力准确测量的因素很多,其中负推力是一项重要因素.主要介绍液体火箭发动机试验中,推力测量系统的组成与测量技术,重点讨论产生负推力的因素和负推力修正技术.     

姿控发动机推力测量系统的动态建模与补偿

在姿控发动机的瞬态推力测量中,推力测量系统的动态特性是影响推力准确测量的一个至关重要的因素。根据姿控发动机推力测量的特点,针对某型号姿控发动机设计了专用的试车台架,采用了动态标定、动态补偿和计算机仿真有机结合的方法,对推力测量系统动态特性的改善进行了研究。仿真结果表明,此方法在改善推力测量系统动态性能方面是行之有效的,可将其进一步推广到其它动态测量系统。     

姿控发动机小推力测量天平设计

对比传统测量方式,提出用单分力天平测量小发动机推力的方法。通过对单分力天平和传统测量小推力的方式进行的有限元仿真分析,体现了单分力天平在4~25 N量级小推力测量中的优势。设计了稳态推力测量校准一体化装置,在不同环境温度条件下对单分力天平进行推力校准与测试,验证了单分力天平在姿控发动机小推力测量中应用的可行性。     

卡尔曼平滑在动态推力测量中的应用

本文首次将卡尔曼平滑应用于固体火箭发动机地面热试车时的动态推力测量,提供了一个便于工程应用且有较高精度的动态推力测量新的数据处理方法。首先,根据固体火箭发动机理论推导出了推力的动态模型;研究了噪声方差和初始条件的确定方法及估计的稳定性、敛散性。继而进行了数字仿真试验,并对实际发动机推力采样数据进行了处理。分析与处理结果表明:卡尔曼平滑应用于动态推力测量是行之有效的。     

全尺寸超燃冲压发动机推力测量台架研制

介绍了用于全尺寸超燃冲压发动机推力测量的三分量推力台架的研制。该推力台架用于在自由射流试验中测量发动机轴向推力、升力及俯仰力矩。推力架由定架、动架、弹性连杆、锁紧机构、推力校验系统组成。通过5个测量传感器组成的测量系统获得测量矩阵,通过三分量推力校验得出推力、升力、俯仰力矩与测量矩阵之间的关系。动架锁紧机构采用液压插拔销结构,实现动架的锁紧和解锁,在承受冲击过程中保护推力架。自由射流试验验证了推力台架的测力性能,推力架真实反映了发动机在自由射流流场中各阶段的受力状况,各分量测量精度满足要求,为超燃冲压发动型号研制提供了重要的试验测量参数。     

激光跟踪仪在固体火箭发动机推力线测量中的应用

分析了静态条件下发动机推力线横移和偏斜的产生原因,介绍了激光跟踪仪的测量原理,并提出了一种激光跟踪仪测量发动机推力线的方法。从测量方法和仪器两方面进行了精度分析。发动机推力线测量实例证明了该方法的可行性;误差仿真计算结果证明了该方法具有较高的测量精度。     

L型控制发动机两种推力测量方法比较

为了满足喷管轴线与燃烧室轴线相垂直的发动机推力测量的需要，先后采用两种不同结构的试车架进行多发试验验证，对试验结果进行分析、对比．结果表明，采用与推力同轴单推力传感器的方案推力测量精度高，推力测量结果比冲散差小，满足了发动机试验的要求。这一经验可供同类试车架设计参考。     

月球着陆探测器发动机推力线测量及标定

月球着陆探测器发动机推力线测量及标定是发动机装配与调整的关键环节.通过创建精测镜坐标系,实现发动机在对接面坐标系中的推力线平行量与偏斜的转换,得到热试车后标定推力线的方法.通过发动机热试车后数据分析,推力线测量及标定方法满足技术条件要求.     

固体微推力器阵列的推力估计与分配补偿方法

针对固体微推力器阵列(SPMA)中微推力器一次性点火,推力测试中难以获得精确推力的特点,为实现推力在线估计和实时补偿,提出一种利用二次规划对微推力器阵列推力进行估计,同时结合混合整数规划算法进行推力分配的方法,对估计算法收敛性以及控制系统稳定性进行了分析。该方法在不修改控制律的前提下,对推力器推力进行在线估计,并采用推力分配的方法实时补偿推力器出现的推力偏差,对系统稳定性的分析证明该方法可以保证系统的有界稳定。将其应用到微纳卫星编队保持中,仿真结果表明,在微推力器阵列出现推力偏差的情况下,该方法能很好地补偿推力偏差对控制系统造成的影响。     

卫星振动试验中推力的估算方法

准确预估规定试验条件下卫星振动试验所需推力对于试验的设计与实施具有重要意义。文章在常规卫星振动试验需用推力估算方法的基础上,结合具体的小卫星应用实例提出了支反力分析预示法和类比相似结构卫星推力的方法来估算卫星振动试验需用推力。通过与实际振动试验推力数据对比,文章给出了卫星振动试验需用推力估算方法的实用评估结论。     

来流马赫数对射流矢量喷管内流场影响的动态模拟

以二维拉瓦尔喷管为对象,利用非定常雷诺平均N—S方程和RNGκ-ε两方程湍流模型对激波控制的射流推力矢量喷管非定常流场进行研究,分析了来流马赫数连续变化对喷管流场的影响,得出喷管推力性能的变化规律。结果表明：在亚声速来流中,轴向力随飞行马赫数增加而小幅上升,侧向力变化不大;在跨声速来流中,轴向推力和侧向推力都急剧下降;...     

火箭发动机随机推力调节控制驱动器的研制

为满足某型号液体火箭发动机定混合比随机无极变推力工作要求,研制了基于DSP处理器的随机推力调节控制驱动器。该控制驱动器实时接收随机变推力指令,在定混合比条件下,协调控制发动机系统上的燃料及氧化剂路调节阀,从而控制燃料及氧化剂流量,完成发动机的随机变推力控制。其参加多次发动机系统冷调试验及地面全程热试车,工作稳定可靠,实现了变推力双组元推进剂流量同步控制,精确控制发动机混合比,快速响应随机变推力控制要求。     

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。     

比例电磁阀的特性分析与试验研究

变推力液体火箭发动机可以为航天器的推进与控制提供可控动力,是航天器动力系统的理想选择.其中流量调节技术是变推力发动机的核心技术之一,是变推力发动机研究的热点和难点.本文在对变推力发动机技术进行总结的基础上,对比例电磁铁静态吸力特性、电磁阀阀口流量特性和比例电磁铁动态响应特性进行了深入研究.通过对比例电磁阀系统全面研究,...     

GH2／GO2涡流冷却推力室设计与数值计算

涡流冷却是一种新型液体火箭发动机推力室冷却技术。采用该技术可以简化推力室结构、降低成本,并可提高系统可靠性。对涡流冷却推力室进行了初步设计,并采用PDF非预混燃烧模型和DO辐射模型对所设计的推力室进行了数值仿真。根据计算结果：推力室内部形成了双向涡流;推力室圆筒段壁面温度低于760K;在考虑辐射条件下,推力室圆筒段壁面温度平均升高约140K,最高温度低于900K;涡流冷却技术是可行的,但目前存在燃烧效率相对较低的问题。     

低温推进剂重定位推力幅值及时序优化

为了减少重定位时间及推进剂消耗量,提升低温末级的机动性及运载能力,采用流体体积函数(VOF)方法开展重定位推力幅值及时序优化研究,分析重定位过程推进剂质心高度、平均动能、卷气率以及平均气泡直径的变化规律,以获得不同推力幅值及推力时序下的重定位时间和推进剂消耗量。结果表明：小推力重定位时间长,推进剂消耗量少;而大推力重定位时间短,推进剂消耗量多。通过合理优化推力时序可以有效减少重定位时间及推进剂消耗量。     

极坐标系连续常值推力机动分析

连续常值推力是空间飞行常用的轨道机动方式，在空间交会与星际航行使命中具有重要的应用价值。其中，小推力适合于地球轨道航天器交会机动，而切向或周向推力以及较大的正径向推力可用于脱离地球引力场的逃逸飞行，执行星际交会使命。应用常推力作用下的极坐标系质心运动方程，对机动推力的量值没有限制；在航天器交会应用中，对相对距离也无要求。这种方法可直接获得向径与速度等轨道参数随时间或极角（绕地心的转动角）的变化，便于分析轨道转移与逃逸运动，有助于飞行使命与运动轨迹的设计。特别是，若机动转移的初轨为圆轨道，在推力较小、飞行时间不长的情况下，应用无量纲形式运动方程，可获得具有工程应用价值的近似解。文章给出一些有关的结果与应用案例。     

RBCC推进系统主火箭发动机气氧／煤油推力室研究

为满足RBCC推进系统主火箭发动机对气氧／煤油推力室的要求,对其进行了高燃烧室压力和温度、大范围变工况工作研究。气氧／煤油推力室喷注器采用中心区气液双组元内混式喷嘴和边区直流喷嘴结合结构,身部采用夹层冷却结构。通过对推力室气氧／煤油推进剂的点火及雾化混合技术、推力室喷注器及身部冷却设计技术、推力室的点火启动、稳态工作等关键技术的研究表明,推力室在室压3MPa、5MPa工况下可稳定燃烧。额定推力650N的气氧／煤油推力室方案可靠、点火工作正常,可以满足大范围变工况稳定工作要求。