液体火箭金属膜盒式蓄压器的动力学模型

蓄压器是抑制液体火箭POGO振动的重要装置,通过推导建立了更具普适性的蓄压器精细化动力学模型,给出了膜盒刚度、动质量以及膜盒组件数量对蓄压实际柔度参数、惯性系数的修正方法,该模型提高了输送系统液路频率的计算精度。针对带有充气管路的蓄压器结构形式,引入了充气管路的分布参数动力学模型。研究发现较长的充气管路不仅会对蓄压器产生一定的附加容积效应,同时会形成新的低频振动,影响蓄压器吸收压力脉动的能力。     

POGO蓄压器变频降幅特性分析

论述纵向耦合振动（POGO）蓄压器的变频降幅特性，指出其主要影响因素是蓄压器容积及连接管路的液阻，根据输送管路的特定频率，选择适当的蓄压器容积，使其固有频率与特定管路的压力脉动频率相一致，可以获得预期的变频降幅效果。给出了蓄压器的变频降幅试验研究结果，可为POGO蓄压器的设计，研制，使得提供参考。     

补燃发动机总体布局动态设计研究

基于经典的振动理论,结合现代的有限元分析方法,研究了补燃火箭发动机整机结构以及主要管路的固有频率和振型,进行了整机结构中的Y形管模态试验,并分析了真实发动机试车时的主导振动频率。结果表明,Y形管的计算固有频率和试验固有频率相符,振型一致;管路系统的固有频率高于发动机整机的固有频率;发动机试车时的主导振动频率与其固有特性不相耦合。模态计算和试验结果表明,该发动机总体布局结构在动态特性上是合理的。     

液氧／煤油补燃火箭发动机氧路低频动特性分析

液体火箭发动机氧路系统低频动特性研究是进行运载火箭POGO振动分析和判别的必要工作。以某型液氧／煤油补燃循环火箭发动机为研究对象,采用模块化建模方法建立了基于自动控制理论的发动机氧路系统线性小偏差的传递矩阵模型,分别对发动机氧路系统和试车台氧化剂输送系统动特性进行数值仿真,并对比分析了试车数据和仿真结果。研究表明,数学模型和计算方法具有一定的正确性;熵波对系统的低频动特性有一定影响。     

运载火箭气氧/煤油姿控发动机技术研究

为实现空间推进系统的无毒、无污染、低成本、高性能和高可靠性,在国内首次研制了运载火箭辅助动力系统气氧/煤油发动机。以推力150 N的气氧/煤油发动机为研究对象,给出了点火、喷注器及身部冷却、阀门等的设计方案。介绍了研制中突破的小姿控发动机电脉冲点火器、气/液组合的有效混合、发动机稳态工作时的烧蚀,以及高空真空点火等关键技术。计算了气液两相流稳态燃烧流场并进行了氧化剂路气流试验。地面热试车和高空模拟热试车的结果表明,电脉冲点火器可实现发动机的可靠点火,采用同轴离心式内混合喷注、铌合金液膜辐射冷却方案的该气氧/煤油发动机真空比冲可达2 800 N.s/kg,脉冲工作大于3 000次,但真空中发动机的冷却仍需进一步研究。     

注气式蓄压器系统工作特性仿真分析

以大型运载火箭POGO稳定性为研究背景,针对国内尚无型号应用的注气式蓄压器开展仿真研究。在建立注气式蓄压器动力学模型的基础上,利用航天飞机主发动机的相关参数验证了仿真计算的准确性。仿真计算了蓄压器对推进系统固有频率的影响和四种不同蓄压器的推进系统频率特性。研究了注气流量、注气温度、排气流量和排气时间对蓄压器工作特性的影响。仿真结果表明,随着蓄压器入口压力的增大,溢流孔靠近底部的蓄压器气枕压缩量减小;注气式蓄压器比贮气式蓄压器能够更有效地避免推进系统频率与箭体结构频率相交。     

液氧煤油发动机蒸发器路单向阀结构优化

在某次液氧煤油发动机试车中,由于蒸发器路单向阀调整流量小于设计流量,导致单向阀阀芯发生颤振,从而在发生器氧系统引入激励源,引起发生器供应系统的耦合振荡,发动机结构振动大幅增加,导致试车中止。根据发动机使用要求,对单向阀结构进行了结构优化。通过AMEsim软件对优化后单向阀进行的仿真分析及试验验证,表明优化措施有效。优化后单向阀参加发动机热试考核,工作正常。     

10kN双向摇摆再生冷却发动机技术研究

介绍了10kN双向摇摆发动机的主要技术方案和关键技术．对涂层和边区余氧系数等影响因素进行了传热计算及分析,获得了再生冷却身部的气壁温、液壁温和热流密度的轴向分布曲线,指出了发动机身部可靠冷却的边界工况。针对两种推进剂（N2O4／MMH、N2O4／UDMH）,设计了喷注压降和流量不同的两种喷注器方案,地面热试车表明,两种喷注器方案燃烧稳定,其燃烧效率相当,可达95％～96％。发动机多次地面试验研究验证了发动机设计方案的可行性。     

发动机长悬臂管路动力学特性优化及试验验证

文章分析了管路系统由振动引起的故障/事故及振动产生的原因。针对某型发动机试车过程中长悬臂管路发生泄漏的情况,开展了管路系统试车状态下模态测试试验及其动特性分析,发现部分管路的固有频率位于泵的工作频率范围内,导致管路与泵发生共振;部分管路存在较低的低频频率。通过对管路的优化设计,显著地提高了管路的固有频率,避开了泵的工作频率;相同的激励下,管路的响应大大减小,有效改善了管路的动力学特性。     

姿控发动机静态特性分析

通过建立液体火箭姿控发动机静态数学模型,计算了典型双组元液体姿控发动机的静态特性,包括各干扰因素对发动机性能的影响、发动机的极限推力和整机试车推进剂耗量.并以热试车为例,将计算结果与试车结果进行了比较.结果证明,用该模型计算结果与实际试验值偏差完全在可接受范围内.     

基于虚拟仪器技术的信号处理与故障检测系统

为了对液氧/煤油高压补燃发动机试验过程进行实时监测,以便及时发现故障并能够采取相应的措施,基于虚拟仪器技术,运用LabVIEW7.0软件开发环境,开发了一套液氧/煤油发动机数据分析与故障检测系统。通过实例验证,该系统能够大幅提高试验数据分析的效率,并对发动机试验过程的故障进行快速有效的检测。     

液体火箭发动机液流试验系统测量过程控制研究

介绍了液流试验系统测量过程控制。从日常液流试验系统测量过程验证及控制方法入手,详细介绍了各种测量验证及控制方法的应用场合及其优缺点。最后给出了目前开展测量控制工作所存在的问题及今后的发展方向。     

某发动机低频不稳定燃烧的消除

根据发动机热试车出现的低频不稳定燃烧现象，分析了产品的故障模式，建立了相关零组件模型。对相关零件进行了改进设计，消除了发动机低频不稳定燃烧现象。     

涡轮流量计在火箭发动机试验中的应用

以涡轮流量计在液体火箭发动机试验中的应用为研究对象。针对液氧煤油发动机试验中流量测量数据出现的异常波动和较大的系统误差,从涡轮流量计的现场使用状态进行了分析。认为解决的方法是用分节式电容液面计对涡轮流量计进行真实介质的校验,校验的方法可通过液面计测得的体积流量反算出涡轮流量计的流量系数来实现。     

火箭发动机喷管分离流动仿真分析

采用数值方法研究在分离状态下的最大推力喷管流动状态,讨论了不同湍流模型对分离流动的影响,在此基础上详细分析了喷管流动中出现气流分离模态由自由激波（FSS）到受限激波（RSS）的变化情况。在稳态仿真基础上开展非稳态分析,并综合小波分析、结构有限元方法分析了侧向载荷影响。研究结果表明,喷管内压强脉动为低频脉动,该脉动频率范围与喷管固有频率有交叠,可为后续的喷管气流分离侧向载荷分析及验证试验提供基础。     

双组元轨控发动机声腔技术方案及试验验证

作为解决小推力双组元发动机高频不稳定燃烧的主要技术途径,本文主要对发动机声腔技术方案进行了研究,研究工作包括发动机结构固有频率分析、声腔型式的选择、声腔结构方案设计及全尺寸热试验证。研究结果表明,发动机主要抑制振型为一阶切向振型和一切一纵复合振型。对发动机的工作稳定性进行了评价,验证了发动机固有频率计算结果并对三种声腔结构方案进行了比较。     

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。     

火星大气来流模拟装置CFD仿真与试验

根据我国火星着陆巡视器工作过程,其着陆发动机需要在相对火星大气高速迎风运动中可靠点火。由于巡视器着陆时发动机喷管出口气流与火星稀薄气流方向相反,目前无法通过理论计算准确获得着陆过程的动态流场对发动机起动过程的影响量值。为验证火星着陆环境下发动机点火的适应性,需要建立发动机的火星大气来流试验环境模拟条件。为模拟发动机在火星大气条件下的相对运动,在真空舱内发动机保持固定,前端设置环形来流形成装置,该装置在发动机喷管周围形成一定速度的逆向来流包络。采用数值模拟技术结合试验验证方法,在火星着陆器巡视器主发动机性能考核试验中,针对来流的形成装置开展了设计研究工作。来流模拟试验测试数据表明:在确保贮箱供应压力稳定的条件下,来流模拟系统能够形成100~200 m/s速度的稳定来流,发动机在来流下能稳定启动工作,真空舱压力满足试验要求。     

液氧密度测量技术研究

液氧/煤油发动机地面试验中,液氧质量流量通过测量体积流量乘以密度来获得,密度测量的准确度直接影响质量流量的测量准确度。影响液氧密度的主要因素是密度的计算公式和温度测量的准确性。介绍了液氧密度的获取途径、计算方法,对影响密度的主要技术问题,特别是液氧温度测量技术进行了深入研究,提出采用测温法计算密度,测温点选在涡轮流量计附近,传感器选用铠装裸露式A级铂电阻,同时推荐了密度计算公式。     

发动机供应系统中汽蚀管自激振荡特性试验

为研究汽蚀管在火箭发动机供应系统中的自激振荡特性，采用全尺寸的发动机泵后供应系统，并模拟供应系统在发动机中的边界条件，开展了汽蚀管动态液流试验。在不同的汽蚀管相对压力损失下，获得了不同位置处的压力振荡数据。试验结果表明，当汽蚀管处于汽蚀工作状态，汽蚀管下游脉动压力存在220~310 Hz范围的振荡，下游压力的自激振荡对汽蚀管上游系统无明显影响。随着汽蚀管相对压力损失的增大，汽蚀管下游的汽蚀振荡频率减小，汽蚀振荡幅值增大。在汽蚀管与主阀之间，振荡幅值沿流向逐步增大，从主阀至推力室头腔，振荡幅值逐步衰减。当汽蚀裕度过大时，汽蚀管下游出现大幅值的压力脉冲尖峰，并导致导管结构产生高幅值的脉冲形振动响应。