高空发动机燃料主管路防热罩设计优化

针对火箭飞行工作中高空发动机燃料主管路系统防热罩存在热防护能力不足的问题,开展了高空羽流条件下的仿真计算和分析,依据温度计算值确定了防热罩紧固件在高温下抗拉伸强度低,在较高拧紧力矩条件下存在锌、镉脆断裂的薄弱环节,从而导致防热罩脱落。防热罩脱落后其内充填的隔热包覆材料被羽流吹落,燃料主汽蚀管连接法兰直接暴露在高温羽流环境中,高温导致法兰连接及密封失效从而产生燃料泄漏。针对防热罩热防护设计中存在的薄弱环节完成了设计改进,采用头锥形防热罩、高温合金材料的紧固件和多层耐高温隔热材料捆扎包覆等设计改进方案后,经过了高温、振动、地面发动机热试车和飞行试验验证,未出现前述故障。     

固体火箭发动机卡环连接结构研究(英文)

通过比较固体火箭发动机的几种典型连接结构,指出采用卡环连接的优势。结合工程实际,开展卡环连接结构设计、有限元仿真分析与单项试验验证,重点解决卡环结构高压变形、结构密封、配合间隙、装配工艺等几个方面的问题。通过单项试验考核及计算,证明卡环连接方案的可行性和设计的合理性。     

重新设计的航天飞机固体发动机现场接头的设计和热验证

重新设计的航天飞机固体发动机现场接头的内部绝热层是发动机钢壳体和O型密封环的热防护部件.为了防止燃烧室高温燃气到达接头内部,采用了一种无通孔绝热层设计方案.对假想的缺陷和由这些缺陷造成的沿接头粘合面以及O型密封环发展的泄漏通道进行了分析,以验证接头在这些不希望出现的条件下能否完满地起到密封作用.同时还进行了接头中有预设缺陷的发动机的静态试车,验证这种设计对缺陷和由此产生的泄漏通道的不敏感性.试验与分析的结果表明,该设计满足所有的性能和安全要求.     

某型导弹舱段连接结构强度可靠性灵敏度分析

研究了某型导弹舱段连接结构强度的可靠性.为进行可靠性分析,首先采用非线性接触有限元法对螺钉连接舱段结构进行确定性分析,以校核结构的强度是否满足设计要求；其次,考虑了加工、设计公差造成实际尺寸的分散性,将螺钉位置和舱段厚度作为随机变量,结合确定性分析方法,引入四阶矩法对舱段连接结构进行了强度可靠性分析以及随机变量灵敏度分...     

某减压阀连接结构动态冲击模拟分析研究

为了研究航天系统某减压阀在冲击试验过程中连接结构的力学特性,采用金属材料的弹塑性模型对该减压阀固定连接结构开展冲击动力学仿真分析,基于具有二阶精度的Hilber-Hughes-Taylor隐式积分算法,重点比较了两种固定连接结构中U形环、连接螺钉在冲击环境下出现的最大轴向力,并通过研究连接件对减压阀的压力变化进一步分析...     

C/C扩张段典型连接结构热应力对比分析及试验研究

C/C扩张段与喷管基础段的连接结构是影响C/C扩张段热应力的关键因素,为了获得最优连接形式,采用相同的边界条件、材料参数和结构尺寸,对螺纹、倒锥、销钉和套锥共4种典型连接结构的C/C扩张段进行了热应力数值模拟。通过温度场和应力场对比分析,并考虑工程应用性,认为销钉连接结构最优。采用φ340 mm试验发动机,对销钉连接结构C/C扩张段开展了热试车考核。试车后,C/C扩张段结构完整,验证了该连接结构的设计合理性。热试车过程中,成功测试了C/C扩张段外壁面的实时温升曲线,各测点的温升规律以及沿轴向的温度趋势与理论分析基本一致,发动机工作结束时最高温度达1 127℃。     

纤维缠绕复合材料壳体热承载能力分析方法及应用

提出了一种固体发动机纤维缠绕复合材料壳体热承载能力分析的工程方法。针对某发动机燃烧室纤维缠绕壳体材料,利用NOL环试样测定了不同温度下的强度保持率,计算了其热承载能力,并结合缩比容器的高温强度试验对其进行了验证,理论分析结果与试验结果误差为7%;最后,利用所提方法预估了某发动机壳体结构的高温承载安全系数,该发动机通过了飞行试验考核,验证了该分析方法的有效性。     

考虑应力-强度干涉的发动机管路设计方法

在静强度设计的基础上,根据应力-强度理论,对高压补燃液氧煤油发动机总装管路设计在考虑材料机械性能的不均匀和工作压力脉动的条件下,对动态可靠性进行了数学建模,提出了采用动态安全系数的校正方法。通过试验验证,这种方法能够保证发动机工作可靠性设计要求,为发动机管路设计提供了一种新的方法,也可以推广到其它结构件的设计当中。     

卫星高精度载荷安装平台热变形隔离技术研究

针对我国高分辨率卫星对结构在轨变形的控制要求,提出了一种基于柔性连接的卫星高精度载荷安装平台热变形隔离控制方法,从理论上对该方法进行了分析,并以型号应用为背景进行了验证方案设计及试验验证。验证结果表明,在同样的加载条件下,柔性连接载荷安装基板变形相对刚性连接降低了近1个数量级,表明通过对卫星平台与有效载荷安装基板之间连接结构刚度的柔性设计,能够有效避免卫星平台结构的热变形作用于有效载荷安装基板,使得高精度载荷安装基板不致产生明显的翘曲变形,从而保证安装基板上各敏感载荷的在轨指向相对变化满足指标要求。     

长二丁运载火箭二级姿控发动机热控设计及其试验验证

根据长二丁运载火箭姿控发动机的热环境条件和系统对各组件的温控要求,初步制定了姿控发动机主要组件的热防护设计方案。以贮箱和电磁阀为主要热分析对象,用I-DEAS软件建立有限元模型,通过数值仿真计算获得各组件不同时间的温度。计算结果与贮箱和机组组件的地面模拟热辐射环境的热流试验数据进行比较,对设计作改进。最终给出了满足系统设计要求的二级姿控发动机热设计方案。     

高压管路快速连接件设计与应用

管路连接操作在液体火箭发动机组件液流试验中非常频繁,为了提高试验效率、降低试验过程中密封件的损耗,需要将现用的连接方式进行改进,而高压快速连接接头在国内市场并没有成品。因此,结合实际操作对液流试验用的连接接头进行了重新设计,并经过不断改进和验证,达到了快速、可靠的连接目的。     

径流式涡轮在膨胀循环发动机氢涡轮泵中的应用

为满足膨胀循环液体火箭发动机高性能和高可靠的研制要求,在氢涡轮泵方案的选择上采用了径流式氢涡轮方案。通过一维热力和三维结构设计,初步验证了径流式氢涡轮应用可行性。借助于CFD分析软件,完成了该涡轮设计工况全三维粘性数值模拟,证明性能满足指标要求。通过强度优化设计和轴向力平衡两方面研究,突破了涡轮泵应用的两大技术难点。结合该涡轮介质试验及发动机热试车考核情况,得出径流式涡轮能够应用于膨胀循环发动机氢涡轮泵的结论。     

火箭发动机试验红外测温技术应用

目前发动机试验温度参数主要采用接触式测量方法,测温元件直接与被测对象相接触,优点是测量精度高,缺点是试验过程传感器经常损坏或脱落,且高温和腐蚀性介质影响感温元件的性能和寿命。根据发动机试验任务的要求和液体火箭发动机试验的特点,结合先进的分布式无接触式测量及光纤传输的技术,设计并建立了红外热成像测量系统。该系统采用无损、无线测量及光纤传输方式,提高了发动机热试车恶劣环境条件下关键部位温度参数的获得率,为全面研究发动机工作过程温度场分布情况奠定基础。     

液氧/煤油发动机试验控制系统软件架构与设计

论述了液氧/煤油发动机试验控制系统软件的架构和设计。该系统硬件采用基于PXI总线、模块化仪器的上下位机架构,软件上位机采用WINDOWS 2000操作系统、Lab-VIEW DSC和LabVIEW RT多线程优先级可视化编程环境,下位机采用Embedded LabVIEWRT模块,上下位机通过Ethernet和DataSocket实现连接和通讯。通过系统软件结构和程序模块设计,实现了发动机各种状态控制、试验过程信号实时检测及动态工艺流程显示等功能,系统具有高可靠性、高实时性、可视性、可操作性、可维护性和安全性等质量特性。     

诱导轮出口参数对高速离心泵性能的影响

某型号液体火箭发动机用高速诱导轮离心泵存在抗汽蚀性能偏低的问题,而液体火箭发动机对泵的抗汽蚀性能有特别严格的要求,其直接影响发动机的性能和可靠性。为获得更高的效率,按照常规泵设计经验选取较大的诱导轮出口角,而理论分析此时诱导轮和离心轮的能量匹配不是最佳,不能获得较好的汽蚀性能。经过理论分析,提出降低诱导轮出口角的改进方案,并对诱导轮离心泵流场进行数值模拟,并在试验室进行了试验验证。仿真及试验表明在相同叶轮外形尺寸条件下,提出适当降低诱导轮出口参数的设计方法,虽然泵的扬程和效率略有降低,但泵的抗汽蚀性能得到大幅提高,该方法提高泵的抗汽蚀性能是可行的。     

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.     

液体火箭发动机泵动态特性水力试验研究

为了获取新一代大型运载火箭POGO稳定性分析及液体火箭发动机动力学研究等所必需的发动机泵动力学传递函数,进行了以常温水为试验介质、全尺寸降转速液氧/煤油补燃循环发动机氧泵的动态特性水力试验,对试验原理、试验模拟准则、隔离贮箱设计、激励系统设计、控制和测量分析系统设计、试验内容及数据分析方法等进行了深入探讨。通过试验成功地识别出泵的POGO动特性参数及参数的规律特点,为其他水力试验和真实介质试验储备经验。     

轴承位置对涡轮泵转子系统稳定性的影响研究

针对低温液体火箭发动机涡轮泵转子非线性系统开展了轴承位置对稳定性的影响研究。建立了涡轮泵转子非线性系统的动力学模型,分别研究了理想安装时和非理想安装条件下泵端和涡轮端轴承位置变化对转子系统稳定性的影响,给出了失稳转速随轴向位置的变化规律,为液体火箭发动机涡轮泵转子系统结构设计、故障诊断与安装维护提供理论依据。     

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...     

压力对膜盒式端面密封平衡直径的影响

膜盒式端面密封在低温液体火箭发动机涡轮泵中有着广泛的应用,作为直接影响密封工作稳定性及涡轮泵工作可靠性的重要参数,端面比压、膜盒平衡直径等如何选取一直是密封设计的重要工作。以某型低温液体火箭发动机涡轮泵的膜盒式端面密封为研究对象,研究压缩量、工作压力对膜盒应力分布、平衡直径、载荷系数和端面比压的影响。应用有限元法建立了膜盒应力分析模型,得到了不同压缩量和充压压力下膜盒的应力分布和端面压紧力,分析膜盒平衡直径随压力增大而显著下降的机理。结合理论分析,开展比压测量装置设计和测量,验证数值仿真得出的规律,并发现现有产品的实际平衡直径比理论计算要小。最后基于仿真和测试结果对现有端面密封方案进行改进,通过台架运转试验验证仿真、测量以及改进方案的准确性,为低温液体火箭发动机涡轮泵用密封端面比压的选取提供了更为合理可行的方法。