N_2O单组元微推进系统贮箱自增压特性

建立了氧化亚氮(N₂O)贮箱自增压地面试验系统,针对亚牛级氧化亚氮单组元微推进系统的推进剂自增压供给过程开展了初步测试试验.基于三区域集总参数物理模型建立了氧化亚氮单组元微推进系统贮箱自增压数学模型,针对相同试验条件下的贮箱自增压过程开展了数值模拟,模拟结果与试验数据吻合较好,验证了仿真模型的准确性.仿真及试验结果均表明,为了确保推力器工作全过程中推进剂供应稳定,在亚牛级氧化亚氮单组元微推进系统的自增压过程中需要对氧化亚氮贮箱进行热量补偿来保证贮箱压力的稳定性,而贮箱压力下降速度分别随着贮箱初始充填率的减少、贮箱容积的减小及氧化亚氮质量流率的增加而增大.     

液体火箭贮箱增压计算公式的分析

<正>一、问题的提出火箭推进剂贮箱增压系统是液体火箭上不可缺少的一个系统,增压系统保证的推进剂贮箱压力值直接关系到液体发动机工作的成败,攸关重要。然而要在地面靠模拟试验确定贮箱压力值,不仅耗资太大,并且边界条件复杂,模拟困难。因此,增压压力的理论计算就显得十分重要了。增压系统理论计算的要点是根据能量守恒原理及气体状态方程式,对进入贮箱的能量与输出的能量进行平衡,从而计算出推进剂贮箱内的增压气体压力Px。以往的增压计算,其基本公式均采用传统的方程式:     

自增压式丁烷微推进系统建模与工作特性仿真研究

利用AMESim+AMESet建立了丁烷微推进系统一维仿真模型，该模型包含：考虑丁烷相变的自增压贮箱、稳压气容、PID控制的电加热推力器等组件.研究自增压贮箱、电磁阀、气容和推力器的静态工作特性，分析气容体积和推力器加热功率以及推力器扩张比对系统工作特性的影响，对丁烷推进系统的动态响应特性进行探讨.结果显示，自增压贮箱内流体在温控系统的控制下能够实现稳定的压力，在变目标推力时系统的响应较快，增加气容体积有利于提高系统工作稳定性.当前推进系统在稳定工作时的推力器最大质量流量为0.079 g/s，最大推力为102 mN.贮箱自增压过程中PID温控对贮箱内工质压力具有重要影响.无温控时，推进剂的持续流入和蒸发造成贮箱液体丁烷排空时的气容压力下降了19.5%；施加PID温度控制后，气容内工质压力稳定在0.302 MPa，工质温度会快速稳定在293.15 K附近.较大的气容体积能够让推力输出更稳定.通过电加热推力器腔体内的丁烷气体可以有效提高推力.推力器加热功率从0 W增加到30 W时，推力从92 mN增加到114 mN，比冲效率从76.2%增加到94.3%.     

差动活塞式燃气自增压系统参数设计方法

针对基于单组元肼类物质为工质的液体姿轨控发动机差动活塞式燃气自增压系统,分析了系统的工作原理,提出了系统的参数设计方法,建立了系统的参数设计流程,给出了系统的起动压力计算模型和自锁状态计算方法,并进行了实例研究。结果表明:系统最低起动压力与压力放大贮箱气体腔初始体积、活塞摩擦力和推进剂贮箱初始气垫体积直接相关;系统自锁后,推进剂贮箱压力的设计状态受推进剂贮箱所允许的最大压力上偏差和流量调节器与推进剂贮箱间的压降所约束;推进剂贮箱的工作压力范围是可以根据需要通过燃气自增压系统的设计来保证的。     

微重力条件下初始液氢温度对低温推进剂贮箱气枕压力的影响

自生增压液氢推进剂贮箱在轨滑行阶段将长期（数百秒）处于微重力环境下，其贮箱压力受多种因素影响.液氢低温推进剂接近饱和温度时，因传热等影响而极易产生相变，从而影响贮箱压力.通过建立贮箱三维CFD模型，研究了不同初始液氢推进剂温度对于贮箱压力和温度变化等的影响.计算结果表明，气液界面附近推进剂温度与当前气体压力下饱和温度之差（过冷度）越大，压力下降速率越大.随着气体压力下降，气枕温度降低，压力下降速率也逐渐减小，压力变化曲线趋于平缓.在初始液体推进剂温度低于平衡温度的情况下，初始液体推进剂温度越高，平衡压力越高.      

液氙加注过程中贮箱充填率影响因素分析

液氙在加注过程中可能会出现相变进而降低贮箱的充填率，因此需要了解贮箱充填率的影响因素。采用零维集总参数模型对液氙加注系统进行建模和仿真。基于AMESim计算液氮无排气加注过程中贮箱的充填率，其与文献中的实验结果接近。同时，基于AMESim搭建液氙加注系统，计算不同入口过冷度、入口压强、壁面温度和热流量条件下贮箱的充填率。结果表明，在相同加注时间条件下，提升入口过冷度、增加入口压强可以提升贮箱的充填率，而管路和贮箱受热会降低贮箱的充填率。      

预载荷作用下管路结构动强度评估方法

针对现阶段航空航天管路结构环境试验存在的问题,研究了管路结构在预载荷及随机振动试验条件作用下的动强度特性的分析方法,明确了由预载荷引起的微分刚度、预应力在结构振动响应计算及疲劳寿命分析时的区别及处理方法,提供了一种可定量预估管路结构在多种试验环境作用下随机振动疲劳损伤的分析方法,该方法解决了真实环境试验条件如何表示预期使用环境的问题以及真实环境试验条件与预期使用环境不一致对管路结构动强度造成的影响如何进行评估的问题。通过对管路结构的仿真,分析了管路的动强度薄弱点以及剩余强度系数和疲劳寿命,验证了该方法的有效性,从而为分析管路结构在真实使用过程中的环境适应性以及可靠性提供了一定工程指导。      

减压器特性实验研究

介绍了研究减压器特性的实验系统.详细地描述了实验系统的结构组成和各个部件的功能与性能,并对静态特性实验与动态特性实验的工作过程进行了说明.简单地介绍了数据采集系统.阐述了理论计算减压器静态特性的基本方法,并介绍了一个计算减压器静态特性的软件,最后给出了一种典型的实验和计算结果.      

加注流量对叶片式贮箱中气液分布的影响

针对推进剂在轨加注任务中,接受贮箱内气液位置不确定,排气和质心控制困难的问题,以NASA的FARE Ⅱ试验中的贮箱为参考,根据表面张力贮箱相关理论,建立计算模型.采用数值模拟的方法,对不同加注流量条件下,叶片式表面张力贮箱内气液分布进行研究.运用Fluent流体仿真软件,以肼为工质,对叶片式表面张力贮箱在轨加注过程进行数值模拟.仿真结果表明：加注流量越大,贮箱中部气液界面凸起越高;当加注流量超过临界值,流入的推进剂经过排气管排出.研究结果对于叶片式贮箱在轨加注过程中的流量控制具有参考价值.     

某火箭三子级剩余推进剂汽化研究

针对某火箭三子级剩余推进剂的汽化过程,建立了一个零维的数学物理模型.在给定太阳辐 射角的工况下,对贮箱中低温液体推进剂汽化时,贮箱内气体温度和压力变化、贮箱内质量 变化、进入贮箱的外界热流的变化及贮箱排放推力的变化等进行了数值计算,并对贮箱保险 活门排放推力对火箭在轨速度的极限影响作了简单分析.计算结果可进一步用于该火箭三子 级钝化技术的研究.     

基于RLV飞行过程的氢氧发动机参数设计模型

为了考察氢氧发动机参数选择对可重复使用运载器性能的影响,基于氢氧发动机参数建立了可重复使用运载器入轨飞行过程的计算模型,包括运载器运动方程、飞行控制条件和质量模型,研究了发动机混合比对运载器飞行参数和运载器质量的影响规律.在运载器总质量恒定的情况下,随着发动机混合比由4增大到14,推进剂质量和发动机质量先减小后增大,储箱质量减小,三者的综合效果使得有效载荷质量先增大后减小.      

运载火箭贮箱排气管路中波纹管力学环境地面模拟验证分析

运载火箭贮箱排气管的主要功能是为了满足增压输送系统在测试阶段的贮箱放气和在发射准备阶段的贮箱排气需求。排气管被破坏可能导致贮箱内的推进剂在封闭环境内聚集,在严重情况下会导致火箭爆炸。利用某运载型号在加注后出现了排气管波纹管破裂的故障现象,通过构建受力模型、进行仿真分析,验证了多因素变形对排气管破裂所产生的影响。仿真分析结果显示,在极限变形情况下,波纹管组件经受交变载荷,产生疲劳,发生破裂。最后,经过1：1地面模拟试验,验证了仿真分析的有效性,同时也为排气管在火箭飞行过程中受力的后续分析提供了技术支撑。     

折叠翼无人机冷气发射装置动态特性分析及优化

针对冷气投放装置工作过程中存在的机械系统和气压系统耦合非线性动力学问题,提出了一种满足折叠翼无人机（UAV）结构形式和空中发射技术要求的冷气发射动态特性分析方法及优化设计方法。以某型折叠翼无人机为研究对象,基于联合仿真建立了无人机气动发射系统动力学模型,搭建了冷气发射系统试验样机,并完成压缩气体空中发射试验,验证了仿真模型的准确性。在此基础上,分析了无人机与冷气发射装置主要系统参数对无人机发射动态性能的影响,针对该系统进行了参数优化设计。结果表明:储气瓶体积和充气压力是影响无人机冷气发射动态特性的关键参数,随着储气瓶体积和充气压力增大,最大发射速度和加速度明显增大,储气瓶体积从15 L增加至30 L,最大发射速度增加了52.7%,最大发射加速度增长了60.9%呈正相关影响;充气压力从0.4 MPa增加至0.7 MPa,最大发射速度增长了50.5%,最大发射加速度增长了69.9%;发射角度对无人机发射性能影响较小,可忽略不计。      

一种基于流量法的大型贮罐容积标定系统

以新一代运载火箭燃料贮罐容积标定系统项目研制为背景,介绍了一种基于流量法的大型贮罐容积标定系统的设计思路、原理、方法和组成,并对系统的测量不确定度进行了理论评定。该系统不仅可以得到比较准确的过程参数,且可以推广应用于各种大型容器的"液位—容积"或"容积—液位"的准确标定。     

高超声速飞行器冲压燃烧室随机振动响应分析

利用高超声速冲压发动机燃烧室结构试验结果完成了地面试验状态下燃烧室壳体复杂结构随机振动响应分析,并与试验结果进行了对比分析,试验验证了所采用的飞行器复杂结构随机振动响应分析方法和技术途径.在此基础上,采用试验压力载荷数据,对飞行状态下燃烧室结构的随机振动响应进行了分析,得到燃烧室结构加速度响应的功率谱密度曲线及均方根值,该项工作对飞行器的动力环境初步预示工作具有重要的工程应用价值.      

跨音速风扇全环叶片颤振特性的流固耦合分析

发展了求解叶片颤振问题的流固耦合计算方法和全环叶片振动的气动弹性模型,在每一时间步同步求解流体运动方程和叶片振动方程并交换边界信息;流体域求解了非定常雷诺平均N-S方程,得到每一步由于叶片变形而引起的流场变化;叶片变形则由积分叶片表面受到的气动力并求解结构动力学方程得到.颤振分析是在全环叶片模型上进行的,并解除了预先设定叶片间相位角的限制.此方法的显著特征是在一次气动弹性计算过程中,可同时分析叶片多个固有模态、多个节径下的气动弹性稳定性,大大提高了使用时域法进行叶片排气弹分析的计算效率.考察了NASA rotor 67风扇全环模型在堵塞点、最高效率点和近喘点3个气动工况下,节径变化对叶片气动弹性稳定性的影响,给出了不同模态下气弹最不稳定状态对应的叶片振动节径形式.结果表明,振动形式对于叶片气动弹性稳定性的影响很大.     

变质量梁的自适应Newmark法

用变质量梁来模拟推进剂减少的液体火箭.先以一弹簧-变质量小球系统为例,用其求解结果与解析解进行比较.再以时不变的简支梁为算例,确定多自由度系统下与结构动特性协同的自适应Newmark方法中的参数选取.最后用时变的简支梁模型模拟贮箱质量的实际变化方式,运用与结构动特性协同的自适应Newmark方法、模态叠加法、Newmark平均加速度方法（NMA法）和Fox-Goodwin方法（NMF法）对其求解.比较结果证明自适应Newmark算法对于时变系统的适用性,尤其具有高精度特性.