环形引射器两相流动数值模拟

蒸汽引射器是上面级火箭发动机进行高空模拟试验时获得真空的重要设备。采用数值模拟方法,通过Fluent对氢氧火箭发动机高空模拟试验用环形蒸汽引射器内部流场进行了研究,分析水蒸气两相流动及不同的入口工况和结构尺寸对极限真空压力的影响。考虑水蒸气的两相流动,在数值模拟中加入了水蒸气的凝结相变模型,并通过试验数据开展了模型验证,验证结果为:加入相变模型后极限真空压力降低,仿真结果更接近试验数据。在此基础上,研究了喷嘴入口工况和引射器结构尺寸对极限真空压力的影响,仿真结果表明:在引射器能够启动的条件下,降低蒸汽入口总压或提高入口总温,减小喷嘴出口壁厚或增大混合室直径,均能降低引射器的极限真空压力。因此,若想提高引射器真空度,可以通过改变入口工况或调整引射器结构尺寸来实现。     

一种超音速环形引射器冷流缩比试验方法

在超音速引射器的设计中,为开展引射机理及启动特性等研究,需进行模拟试验;同时,通过试验可验证数值计算结果的正确性与合理性,从而优化设计.文中提出以冷空气作为引射和被引射介质,采用缩比试验模型,通过模拟喷嘴生成被引射气流,简化了试验设备.数值计算结果与试验结果符合较好,正确预测了引射管道出口处出现的正激波,真空舱压强满足...     

蒸汽发生器掺混工质对引射性能的影响分析

在火箭发动机高空模拟试验领域,常采用蒸汽发生器供应大流量的引射工质.蒸汽发生器利用燃料和氧化剂化学反应,并和掺混工质混合产生引射工质.为了分析掺混工质对蒸汽发生器供应引射工质的性能的影响,开展了理论计算研究.首先,分析了冷却水掺混量变化对引射器零二次流引射性能的影响,结果表明在最小启动压力点,随着冷却水量增加,最小启动压力增大,真空度提高,一次流流量增加,消耗的酒精先减小后增大;其次,分析了采用不同流量液氮作为掺混工质的引射效果,结果表明在最小启动压力点,随着液氮量增加,最小启动压力增大,真空度提高,一次流流量增加,消耗的酒精减少;最后,比较了2种掺混方法,发现采用液氮作为掺混工质,极限真空度更高,引射能力为采用水掺混的3倍.对于带有二次流的超超引射,二次流一致时,2种方式的压缩比相当,但液氮掺混工作范围更宽.     

高空模拟试车台等截面式环型蒸汽引射器零二次流流场数值模拟

采用大型计算流体动力学软件FLUENT对等截面混合超声速环型蒸汽引射器零二次流的流场结构及盲腔压强的变化进行了数值模拟,得出引射器盲腔压强的变化规律。结果表明,在引射器几何参数不变的情况,启动后的喷嘴出口压强与引射气流总压之比及盲腔压强与引射气流总压之比基本保持不变;启动的总压越低,盲腔压强越低。     

氢氧火箭发动机高模试验富氧蒸汽引射仿真

氢氧火箭发动机在高空模拟试验中喷出富氢燃气,其中的残余氢气与倒吸进引射系统中的空气混合容易发生爆炸,为研究富氧蒸汽引射处理氢氧火箭发动机高空模拟试验中残余氢气的技术,采用计算流体力学(CFD)及多步化学反应动力学模型开展单级环形超—超引射器仿真,获得富氧蒸汽引射的平均流场,分析富氧蒸汽引射并发生补燃时超—超引射器的稳态工作特性,并考察富氧蒸汽中氧气含量、富氧蒸汽温度对残余氢气处理效果的影响。仿真结果表明,富氧蒸汽引射并发生补燃时环形引射器在稳态下正常工作;补燃主要发生在引射器混合室和第二喉道前端的剪切混合层;增大富氧蒸汽的氧气含量或温度,可使引射器排气中残余氢气含量降低,增强燃气处理效果。     

冲压发动机风洞引射器引射性能模拟

蒸汽引射器是冲压发动机试验台用来实现高真空度的重要设备,其工作环境复杂,性能优化较为困难。简化并建立蒸汽引射器的模型,通过Fluent软件对其工作情况进行数值模拟,分析工作状态下引射器内流场变化情况,并利用控制变量法分析引射器中水蒸气含量、工作流体压力、引射流体压力等工况参数对引射器工作能力的影响。通过与试验数据的对比,验证模拟结果的可信度。结果表明:引射流体流量增大时,引射器效率升高;引射流体中水蒸气从0变化到50%时,引射系数由0.45降至0.36。而当工作流体入口压力由1.07 MPa升至1.42 MPa时,引射系数由0.41降低至0.33;引射流体入口压力由12 kPa升至54 kPa时,引射系数由0.12升高至0.43,故在优化设计时应综合2个入口压力的影响。     

超声速环型引射器启动特性试验研究

建立了超声速环型引射器空气引射试验台,对高工况下环型引射器启动特性进行了试验研究。试验结果表明,环型引射器启动压强明显高于运行压强;试验发现,引射马赫数越高,混合室收缩比越大,引射器启动压强越高。     

冷气推进器流场仿真和分析

采用Fluent软件对火箭姿态控制系统小推力冷气推进器的内流场进行了数值仿真,得到了流场压力与马赫数的曲线图。气流在推进器控制口达到音速,通过控制口后加速并相互撞击产生激波,流束相对集中,超音速流经过激波变成亚音速流;亚音速流在直管段扩张达到超音速,在收缩段受压缩减速,流束集中后再次扩张加速,喷嘴喉部气流略大于音速,但喷嘴扩张段内没有激波,推进器工作状态正常。仿真结果与高模试验结果相吻合。     

火箭发动机高空模拟用无二次流引射器的实验研究

为确定真空舱——扩压器装置内喷管出口位置对起动压力比和舱压比的影响,进行了无诱导流的引射器的特性试验。用锥型和特性两种喷管,将一个不变直径扩压器与几种第二喉道扩压器组合成型面不同的引射器,研究了这些组合下喷管出口面位于扩压器区域及位于真空舱区域内的两种情况。用 Korst 流动模型,作了简单的分析,近似地解释了所观察到的这种真空舱压变化与喷管出口位置之间的相互关系。结果表明;当锥型喷管和扩压器相对位置合适时,引射器起动压力此和分离压力比的实验值与用 German 等人的方法得到的计算值基本一致。     

混合室对零二次流环形超声速引射器性能的影响

采用二维轴对称雷诺平均方程和Spalart-Allmaras湍流模型,研究了不同混合室结构对零二次流环型超声速引射器的流场结构、盲腔真空度和引射器出口总压力等性能的影响,较好地模拟了引射器内由激波、边界层干扰诱导的复杂流场特性.结果表明,在收敛混合室前端增加适当长度的平直段可大大提高零二次流环型超声速引射器的性能.     

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。     

惯性信息辅助高动态接收机捕获问题的研究

高动态环境为GPS接收机快速捕获信号带来了困难,通过外部的惯性信息辅助,接收机能预先估算高动态栽体产生的多普勒频移,缩小频率搜索范围,减小捕获时间.本文在GPS信号捕获原理的基础上,介绍了多普勒和码偏移误差对检测概率的影响,给出了惯性信息辅助接收机捕获的方法,着重分析了GPS接收机在冷启动和温启动的情况下有惯性辅助和无惯性辅助的平均捕获时间.结果表明在高动态环境下采用惯性信息辅助GPS接收机捕获的方法可以明显地减少接收机捕获的时间,提高接收机捕获的性能.     

俄罗斯Fregat上面级

介绍了俄罗斯Fregat上面级的基本功能、组成和主要技术指标。给出了其几何布置、贮箱可承力、独立性与自主性、液-固耦合及大幅晃动和多次起动等特点与关键技术等。给出了2003年欧空局火星探测项目、2005年欧空局金星探测项目和中俄联合火星探测项目等典型应用。     

CPL蒸发器多孔芯内传热传质的非稳态数值模拟

基于多孔芯内局部热力学平衡的假设，考虑了Brinkman和Forchheimer对Darcy定律的修正模型，针对简化的物理模型中所包含的气液相区域，建立了二维分层饱和多孔介质模型，以甲醇为工质对CPL，蒸发器毛细多孔芯内的传热传质过程进行非稳态数值模拟。在不同的热负荷条件下预测气液分层界面的形状和位置、系统由初态达到稳态过程的持续时间，讨论压力和温度的分布。由两层饱和模型所得到的计算结果可知．CPL系统在启动时，为避免高热流时液体脱离多孔区而发生干涸，宜采用小负荷启动；采用预热器，改善蒸气的出口条件；增加蒸发器入口处的工质的过冷度，有利于增加CPL系统启动过程和变工况时的稳定性。文中分析结论为CPL系统的优化设计提供参考。     

航空航天用高频高压正弦压力发生器的设计仿真

研制高频高压正弦压力发生器,测试航空航天用压力传感器在高频高压工况下的动态性能是确保发动机优化测试和控制系统有效的关键。为解决现有平面扫掠型正弦压力发生器存在频率和压力受限的问题,提出了一种径向活塞式正弦压力发生器的原理及结构设计,并进一步基于任意拉格朗日欧拉法进行数值仿真,计算其正弦信号在不同压力和不同工作频率下的动静幅值比与失真度,以及优化压力传感器的安装位置。结果表明:设计的径向活塞式正弦压力发生器应确保0.2～8.0 MPa的工作压力和200～10 000 Hz的正弦压力工作频率,正弦压力动静幅值比优于20%,可应用于航空发动机、汽轮机等领域的动态测试。     

分级燃烧循环发动机启动过程的变结构控制

针对分级燃烧循环液体火箭发动机启动过程的特点，提出了一种变结构控制系统。将启动过程的控制量分解为期望控制输入和随机反馈控制输入，后者由变结构控制来确定。选择发动机涡轮泵转速，预燃室和燃烧室压力作为跟踪状态变量构造线性切换函数，采用分段的等速趋近率实现滑动模态控制。这种变结构控制结构简单且具有较强的鲁棒性，使发动机启动过程的稳定性增强，仿真研究验证了变结构控制系统的有效性。     

尺寸参数对气动液阀启动特性的影响

为气动液阀的启动过程建立了数学模型，分析了尺寸参数对该阀启动特性的影响。计算结果表明：在保证必要的工作寿命的前提下，适当地增大控制腔气孔的直径或增大靠近控制腔的活塞端面直径有利于提高该阀的响应能力。本文所得的结论有利于此类阀门的设计。     

液体火箭发动机涡轮火药燃气供应系统性能研究

采用变燃面装药固体火箭发动机的“瞬时压强平衡法”和流量平衡的关系式,较准确地对涡轮喷嘴前火药燃气性能进行了计算,得到了涡轮喷嘴前火药燃气性能的各种参数,这些参数有助于对涡轮起动性能和发动机加速性的研究。     

补燃循环发动机起动过程涡轮功率控制

分析了采用富氧燃气发生器的补燃循环发动机起动过程中涡轮功率的控制方法,指出起动过程中涡轮功率的主要控制参数为发生器温度和涡轮压比。起动过程中发生器温度的控制依靠选择合适的流量调节器起动流量、转级时间和转级速率来实现。起动过程中涡轮压比的控制需要控制推力室的建压时间和建压幅度,这需要选择合适的推力室燃料主阀打开时间、燃料节流阀转大流量的时间。通过数值仿真,分析了上述控制方法对发动机起动过程的影响机理。     

排气液化发动机高速液化装置研究

为简化涡轮排气液化发动机蒸汽液化装置的结构、缩小体积，提出了基于超声速汽液两相流升压原理的水蒸气液化方案，建立了考虑多因素的数学方程式，讨论了水蒸气喷嘴段结构参数、混合室参数、扩压段参数和混合室阻力等对升压能力的影响。计算结果表明：收敛-扩张式升压液化装置的升压系数大于3。