姿态控制系统安全阀排放研究

恒压挤压式姿态控制系统一般采用压力调节器对气瓶中的高压气体进行调节,并采用安全阀保证系统的安全。设计时一般保证压力调节器节流口在任何情况下均为临界截面,气体通过压力调节器节流口后压力降低,一般远高于大气压力。由于节流口后气流涡流和管路摩擦的作用,气流在到达安全阀排放口后,仍然为临界流动状态。因此,可以采用收缩喷嘴节流公式计算压力调节器节流口和安全阀排放口的压力和流量参数。根据该数学模型,计算了姿态控制系统安全阀前气体压力和流量,试验结果表明所采用的计算方法可行。     

低温安全阀密封设计研究

低温安全阀是一种自动阀门。正常工作时低温安全阀应能在长期超低温环境下利用自身的弹簧力形成良好的密封,但由于密封材料在低温环境发生不可避免的变形导致阀门容易出现泄漏。为了解决上述问题,根据低温安全阀的设计要求提出密封结构方案,并运用ANSYS有限元软件对低温安全阀结构方案、锥面密封结构等进行了数值仿真和应力分析,研究了密封块与阀座之间夹角、密封面锥角和密封中径对密封面接触应力和密封块强度的影响,并从中得出了低温安全阀密封材料的材料选择、密封结构的设计规范和关键尺寸的设计准则,根据该规范设计加工出的低温安全阀通过了标准规定的常温和低温试验,满足设计要求,该阀门已应用于液化天然气、空分、乙烯等工程领域。     

一种用于航天飞机轨道飞行主推进器耐硝酸铁喷注器阀的研制

Kaiser Marquardt 公司已经研制了一种直接作动式推进剂喷注器阀门来替代目前航天飞机轨道复位控制子系统主推进器使用的先导式阀门。设计的新阀门是对目前使用阀门缺点的改进,包括:对氧化剂系统内硝酸铁污染的敏感度,低温和干密封泄漏,及由于压力冲击导致的误动作。作为未来的替代阀门,设计的直接作动式阀门(DAV)使装有直接作动武阀门的主推进器完全可以替代装有先导武阀门的推进器,正因为采用相同的结构和电气接口,所以不需改变子系统的设计就可实现替代。直接作动式阀门包括一个波纹管使推进剂与作动器隔离以达到最耐硝酸铁和其它污染的目的,并且允许作动器选用最佳材料。波纹管同时可提供部分压力平衡以减少对电磁力的需求。由于直接作动式阀被迫受到原先的先导式设计的同样严格的外廓尺寸和功率的限制,所以直接作动式阀门电磁作动器的设计用 Kaiser Marquardt 公司的计算机程序高度优化.直接作动式阀门用锥面密封代替先导武阀门平面密封设计,这已经在其它阀门方案中被证明更为有效。直接作动式阀门内部的流场分布比靠液压作动主级的先导式阀门简单得多.设计的直接作动式阀门使推进剂陷坑最少,因而没有流道节流产生的在压力冲击时使阀门微微开启的压力不平衡。本文包括阀门设计说明书和阀门研制试验结果摘要。在研制方案阶段制造的阀门正用于 NASA 的白沙试验室的一种推进器海平面试验方案,接着将是子系统海平面试验。     

航天飞机动力装置中气体发生器的新型组合阀门

Moog 公司空间产品部研制出一种新型的用于航天飞机轨道飞行器辅助动力装置(APU)中的推进剂组合控制阀门,该系统需要一个工作介质为肼的组合阀门,这种组合阀门要求能够承受11MPa 的工作压力且不受压力波动的影响,工作寿命高达450000次以及要求阀门出口能够抵抗恶劣的化学环境的影响。组合阀门的设计难点在于:非焊接零件要求是可以拆御的并且允许返修后重新使用;薄壁零件因受到承压的限制而无法使用;承压焊接零件(线圈壳体)必须能够进行检查。更为团难的是阀门内部螺纹连接件的可靠锁紧问题,因为在组合阀门内部采用通常的打保险或开口销这样的锁紧技术是不合适的。阀座设计采用弹性支承结构,以减小阀门工作时作用在密封面上的冲击力,从而提高阀门在允许泄漏率下的工作寿命,此外,弹性支承阀座还可以产生约1°的补偿角度,使阀芯和阀座之间的密封面紧密贴合。组合阀门有三个阀座密封面采用“金属—金属”密封结构,这种密封结构允许存在一定的泄漏率,还有一个阀座密封面采用“金属—聚四氟乙烯”密封结构,它的液体泄漏率可以做到为零,但其工作寿命降到60000次。四个阀座密封面均有沿介质流动方向的密封泄漏率要求,其中三个阀座密封面还有沿介质流动反方向的密封泄漏率要求。试验结果表明:这种组合阀门的设计是成功的,获得了令人满意的动态特性(阀门的响应时间小于40ms),其中三个阀座的液体泄漏率不到其正常流量的0.04%,而另一个阀座的液体泄漏率为零。此外,组合阀门的工作寿命超出设计寿命的4倍(180万次)。     

二次喷射阀门作动对侧向力的影响

针对潜入式喷管燃气二次喷射推力矢量控制系统,利用AUSM+格式,并结合Realizable k-ε湍流模型,对喷管内二次喷射流场进行数值模拟。主要研究二次喷射阀门作动过程中侧向力的变化规律,分析正弦波、三角波2种作动方式和5、7、10 Hz 3种频率对侧向力的影响规律。结果表明,在阀动过程中侧向力变化与阀门开度变化趋势相同,大体上侧向力随阀门开度增加而增加,随阀门开度减小而减小,但存在一定的时间和空间滞后,侧向力变化滞后于阀门位置变化,最大侧向力出现在半个周期以后,即最大开度出现时刻之后,且阀门重新闭合后,很短时间内仍有侧向力残存,相同开度下,侧向力有如下大小关系:关闭过程大于准稳态,二者又大于开启过程中的侧向力;从最大侧向力出现时刻分析滞后时间τD,在波形上三角波下滞后时间τD要大于正弦波下的τD,在频率上10 Hz下的τD最大,5 Hz下的τD最小;从侧向力相对残存时间τR分析时间滞后,在波形上三角波下的τR要大于正弦波下τR,在频率上7 Hz下的τR最大,5 Hz下的τR最小。     

动力系统试验吹除系统调试问题分析

新一代运载火箭动力系统试验台首次承担某型号动力系统试验任务,在发动机燃料头腔（燃气腔）吹除调试过程中发现吹除压力偏低,难以满足试验要求.介绍了吹除系统组成及利用孔板模拟发动机吹除路背压的调试方案,分析了引起吹除路压力偏低可能原因是孔板模拟的额定吹除流量或供气管路的阻力系数偏大.因此,通过模拟孔板流量系数标定和管路流阻特性计算,最终确定供气管路阻力系数偏大是引起吹除压力值偏低的主要影响因素,并通过制定加大供气管路内径、减少系统阀门数量等针对性改进措施,优化了地面配气工艺系统.经试验验证：吹除压力偏低的原因分析是正确性的,采取改进措施后供气管路的流阻损失降低了47％.同时确定了试前气源的容积及充气压力,保证了试验的顺利进行.     

单向阀三维动态流场稳定性仿真研究

对单向阀自激振动机理进行研究,采用线性分析方法提出了单向阀的临界稳定曲线。应用泵阀仿真软件PumpLinx的动网格技术,开展了单向阀三维动态流场仿真分析,数值研究了不同工作压力、不同质量流量条件下的单向阀动态稳定特性。结果表明:在某一工作压力条件下,小流量时单向阀工作不稳定,会形成周期性的阀门颤振,随着质量流量增大,单向阀动态稳定性增强;当质量流量足够大时,单向阀工作稳定,单向阀保持稳定开度工作;质量流量一定时,工作压力降低,单向阀动态稳定性增强。单向阀三维动态流场仿真结果与线性稳定性结论相一致,从三维动态流场角度验证了单向阀自激振动机理及线性稳定性分析方法的有效性。     

一种耐高温阀芯密封材料在阀门上的应用

随着深空探测技术的发展,对深空探测器的环境温度要求越来越高,姿控发动机用电磁阀的最高工作温度由原先的80℃上升为140℃。为满足深空探测技术对阀门的高温环境要求,进行了两组试验,通过常温电磁阀的动作试验、验收级热循环试验(10～90℃)、鉴定级热循环试验(0～100℃)以及流阻试验进行比对,筛选出可耐高温的阀芯密封材料(PFA)。采用该阀芯密封材料的阀门顺利通过高温电磁阀的热循环试验(-15～135℃)、热真空试验(-15～135℃)、力学试验以及50万次寿命试验的验证,试验过程中以及试验后,采用该阀芯密封材料的阀门行程、漏率和响应特性等性能参数稳定。证明该阀芯密封材料可满足深空探测系统对阀门的高温环境要求。     

基于流固耦合理论的关机水击特性

为了考虑结构变形对关机水击特性的影响,应用Workbench15.0构建双向流固耦合分析系统,模拟关机水击过程,通过压力和流线的分布图分析压力波传播和能量耗散。根据轨控发动机大流量、高室压、快响应的发展趋势,设计了8个工况来分析流量、压力、阀门关闭时间对水击特性的影响。仿真结果表明:在水击发生后,水击的能量只有小部分通过从入口流出和结构变形而耗散,大部分水击能量的耗散是由于流体的粘性损失。流量只对水击峰值压力有影响,且流量越大,水击峰值压力越大。阀门关闭时间的缩短增加了峰值压力和水击频率,减缓了衰减速率。管路背压对水击特性几乎没有影响。因此,在进行轨控发动机高室压水击试验时,在保证流量和关阀时间相同的情况下,减小出口背压,可以得出与高背压一致的水击压力变化曲线。     

试验台冷却水系统水击压力仿真研究

液体火箭发动机试验台冷却水供应管路具有长度长、管径大的特点.发动机试验过程中,由于阀门动作过快所产生的水击压力会对试验台冷却水供应系统的安全可靠运行产生严重影响.针对该问题,借助系统流动特性瞬态仿真软件,建立了某试验台冷却水供应系统水击压力仿真平台.通过特征线法对系统内水击压力的变化情况进行了仿真计算,并将仿真结果与放水试验时的实测值进行了对比分析,验证了所建立模型的计算准确性并分析了误差产生的主要原因.在此基础上,分析了关阀策略及管路配置对系统内水击压力的影响,提出了优化阀门动作顺序及开启手动旁通阀2种降低试验台冷却水系统水击压力的方法.仿真结果显示,通过采用以上2种方法能够有效降低水击压力峰值,同时增大其衰减速率.     

燃气调压阀内流场三维数值模拟

采用有限体积法对燃气阀内流场进行三维冷气模拟和燃气模拟,并用冷气试验验证,表述了所研究阀门内流场的特点,得到入口压力与阀芯受力之间的线性关系;比较了3个不同弹性系数的弹性元件的入口压力与阀门质量流量,得到入口压力与阀门质量流量之间的二次曲线关系,小的弹性系数和低燃气温度使调压阀调压能力增强;分析了燃气模拟的结果,并与冷气模拟的结果进行了对比,提出对阀芯和阀座进行重点热防护的建议。     

基于声压测量的阀门故障检测方法研究

液体火箭发动机试验中,推进剂供应系统阀门的可靠性对保证试验的成败至关重要,阀门的泄漏故障预测与实时监测是试车台推进剂供应系统安全性与可靠性工作的重要内容。对试车台常用的2种阀门进行了声压检测试验,基于声压测量技术,分析阀门出现故障时声压幅值范围和声压谱的故障特征信号,研究了故障阀门的声学特性。结果表明,利用声学检测方法可以有效、简便地检测阀门故障,并且该方法可以推广到其他使用阀门的供应系统中。     

试车台氧化剂系统增压能力影响因素分析

试车台进行改造后,管路和容器参数都发生了变化,试车过程中需在要求时间内完成发动机氧化剂入口压力从前稳段升压至过载段。首次试车过程中由于贮箱增压计算出现误差,导致氧化剂升压过程中增压阀门多次动作。为避免升压过程中增压阀门的多次动作,获得试车台的实际增压能力,对其影响因素及试车数据进行了分析,修正了调整计算过程。试验结果表明:调整计算正确,改进措施有效,满足了试验任务要求。     

基于空基平台的激光通信技术研究和展望

深低温阀门多为常温设计，低温服役。宽温域引起的结构变形将诱发阀门导向卡滞、密封泄漏等安全问题。采用有限元分析方法获取阀门导向副配合部位变形量，提出迭代镜像补偿方法解决深低温服役的阀门导向副变形超差问题。经分析，在深低温工况下阀门配合间隙均超出设计允许值，导向行程最大时配合间隙减小17.95%至16.41 μm；补偿后导向副配合间隙变形量控制在1 μm内，满足深低温工况下阀门形状设计要求，验证了迭代镜像补偿方法的有效性。     

提高试车台配气系统减压器工作可靠性的措施

试车台贮箱增压时,为了确保减压器的稳定性和可靠性,根据减压器工作原理和特性采取了减压器大、小流量试验、低入口压力稳定性试验、并联试验以及并联使用动态试验,减压器关键元件之一的膜片工作时间确定试验等,有效避免增压系统单点失效模式发生,提高增压系统增压能力.通过试验及采取适当措施,更好的保证了减压器工作的稳定性和可靠性.     

某推进系统气路启动特性研究

为研究某推进系统气路启动特性,找到造成影响减压阀建压稳定性的原因,获得稳定的减压阀出口压力建压过程,依据系统仿真方法及相关试验,对该推进系统气路启动特性进行了研究。结果表明,减压阀阀后压力稳定性与阀后的管径及阀内的N_M~L存在关系。     

液体火箭发动机关机水击的数值模拟

基于特征线法对某液体火箭发动机小尺寸推进剂供应管路的关机水击进行了数值模拟.研究了发动机关机后推进剂管路的压力瞬变特性,并验证了数值模拟的正确性,同时通过实例计算分析测压支管直径和长度改变时测压支管端部压力与阀门处压力的关系.结果表明:测压支管的存在使实测点与管路内压力瞬变特性可能有较大差异,是造成测量数据不能正确反映管路内真实压力的原因.     

精铸钛合金后封头壳体研制

后封头是某高压容器的一个关键承力件。该封头直径大、薄壁、形状复杂、开口比为0.9,工作压力高达9.8Mpa。壳体采用钛合金精铸,减轻重量40％,降低成本20～50％。经鉴定,此项技术成果达到了国际先进水平。后封头壳体选用铸钛合金ZTC_4(Ti—6A1—4V)时通过增添加强筋及从工艺上采用“热等静压”热处理来弥补钛合金E值低和消除铸件本身材质疏松等弊病。通过测试,获得水压强试验应力分布试验曲线及“热等静压”后的铸钛合金ZTC_4材料性能数据,为今后类似产品设计及使用作参考。     

某型冲压发动机的可靠性评估（续）

4．常见寿命分布下分系统的可靠性评定与向成败型信息的折合 (1)成败型分系统若分系统进行了n次试验，其中s次成功，f次失败，记为试验(s，f)，则分系统可靠度R在取无信息先验pdfβ(0，0)下的后验pdf为β(s，f)，故其可靠度的后验一、二阶矩为ERER=s／n ER^2=s(s 1)／[n(n 1)]在覆盖概率为r时，R的Bayes可信(Credible)下限Rt由下式确定：     

阿里安火箭的飞行试验和各级的鉴定试验简况

阿里安火箭的第一次飞行试验(代号LO1)最早定于79年6月进行。但临近发射日期,发现维金火箭发动机涡轮泵轴承裂纹,致使LO1 9月底才抵达库鲁发射场,发射日期相应推迟到12月15日。在12月15日发射时,火箭点火后,压力传感器发出一台维金发动机管路超压信号而中断发射程序。尔后,经检查发现这次超压关机信号主要是传感器工作不正常所造成的。随即于12月24日