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。     

捆绑火箭POGO振动动力学模型的研究

确定了捆绑火箭POGO振动动力学模型中蓄压器的最佳安装位置,简化了液体捆绑火箭动力学模型。基于AMESim软件搭建捆绑火箭动力学仿真模型,分析了蓄压器的安装位置对捆绑火箭POGO振动系统的系统阻尼比的影响,以及贮箱、直管、泵和推力室产生的作用力对系统阻尼比的影响。结果表明:蓄压器安装在芯级氧路和助推氧路的系统阻尼比提升最大,POGO振动的抑制效果最好;推力室产生的作用力对系统阻尼比的影响占主导地位,故仅需考虑推力室产生的作用力,以简化捆绑火箭POGO振动动力学模型。该研究可应用于POGO振动的仿真过程。     

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。     

动力冗余液体捆绑火箭的POGO稳定性分析

针对动力冗余和交叉输送技术向液体捆绑火箭的POGO振动稳定性分析提出的新任务,考虑独立工作(模式1)、一台助推发动机故障助推贮箱向芯级发动机供给推进剂(模式2)和两助推器同时向芯级发动机供给推进剂(模式3)三种工作模式,利用改进的Rubin方法分别建立液体捆绑火箭POGO稳定性的分析模型。数值计算分析表明,模式1和3下,POGO稳定性对助推蓄压器能量值的敏感程度强过芯级蓄压器。降低泵增益能提高液体捆绑火箭POGO稳定性,其中氧化剂泵的影响强于燃料泵,助推泵的影响强于芯级泵。助推燃料泵柔度的增加会降低燃路系统频率,可能诱发POGO振动,其中模式2下影响最大。本文工作为优化液体捆绑火箭动力冗余系统、抑制POGO振动提供了理论依据。     

POGO蓄压器用耐N_2O_4氟胶料及皮碗

POGO蓄压器内壁接触液体推进剂N_2O_4,由于N_2O_4氧化性能很强,极易挥发,是很活泼的一种介质,它对高分子材料均有很强的腐蚀性。由上海橡胶制品研究所研制并已鉴定的     

液体火箭推进系统频率特性的灵敏度分析

针对液体火箭飞行过程中POGO振动对火箭系统的不利影响,建立了液体火箭推进系统动力学模型,以区间数学为理论基础,对推进系统频率特性进行灵敏度分析,得到了推进系统的流体惯性、阻力和刚度参数对推进系统频率特性的影响规律。研究结果表明：液体火箭推进系统振动频率对流体惯性参数的敏感程度比流体阻力参数和流体刚度参数明显大,泵前短管流体惯性的变化对推进系统振动频率的影响最大,补偿管路流体刚度的变化对推进系统振动频率的影响最小。为合理设计推进系统的动力学参数,降低推进系统的振动频率,抑制 POGO 振动的发生提供理论依据。     

长征系列运载火箭介绍：长征四号系列（五）

五、纵向耦合振动抑制系统纵向耦合振动（简称ＰＯＧＯ）是指大型液体推进剂火箭的结构纵向振动与推进系统相互作用而产生的正反馈闭合回路的自激振动。为避免火箭发生纵向耦合振动，在一子级和二子级的氧化剂输送管路的起动阀门前，均设置了抑制ＰＯＧＯ效应的蓄压器。一...     

蓄压器对发动机试车液路固有频率影响分析

对某一发动机地面热试车液路固有频率及低频振动进行了分析.建立了集中参数模型,对地面试车时和飞行时的液路一阶、二阶纵向固有频率进行了计算.得出的结果与实际试验数据吻合.在计算分析的基础上,对发动机低频振动机理进行了分析.计算与分析表明：蓄压器参加发动机地面热试车会造成试车系统液路纵向固有频率的改变,由于改变了的液路纵向固有频率没有经过大量的实际试车考验,因而不能够排除引起低频耦合振动、并且导致试车故障的可能性.建议对于蓄压器参加发动机地面热试车应该慎重考虑.如果确实需要蓄压器参加发动机地面热试车,从安全角度出发,应该进行进一步的理论分析、试验工作.本文的数学模型对低频振动特性分析以及安全分析具有借鉴价值.     

基于MWorks的自动器-管路系统动态特性仿真

自动器是液体火箭发动机中用于调控工作过程的关键组件,其稳定性直接关系到系统的可靠性。为研究自动器管路系统的参数对系统动态特性的影响,根据液体火箭发动机系统中流量调节器、单向阀两种典型自动器的工作原理,基于国产自主化系统仿真软件平台MWorks,采用Modelica语言搭建流量调节器—管路系统和单向—管路系统模型,并分别开展了频域特性和时域特性仿真求解。考虑到MWorks以时间为仿真变量,为实现频域特性求解,将拉氏算子设置为全局变量,并通过拉氏算子与频率的关系以及频率随仿真时间变化的函数,得到频域参数随频率的变化曲线。结果表明：在MWorks中可通过以拉氏算子为变量的陈述式方程或传递矩阵形式的频域数学模型来构建液体火箭发动机组件频域模型,并可通过组件连接的方式完成系统动态特性仿真,且仿真结果满足精度需求。     

临界阻尼比法在POGO振动稳定性分析中的适用性

以典型的单元推进剂液体火箭模型为例,通过Hurwitz稳定性判据导出POGO振动稳定的充分必要条件,在此基础上深入研究阻尼比等参数对POGO振动稳定性的影响机理。研究发现,当结构阻尼比小于推进系统阻尼比时,结构阻尼比对于POGO振动稳定性的影响是单调上升的,此时临界阻尼比法是适用的;当结构阻尼比大于推进系统阻尼比时,结构阻尼比对于POGO振动稳定性的影响则是非单调和复杂的,增加结构阻尼比,可能提高系统稳定性,也可能降低系统稳定性,此时临界阻尼比法已不适用。相同的结论适用于推进系统阻尼比。本文还进一步指出结构与推进系统的耦合强度是POGO振动稳定性的决定因素。     

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。     

气驱预压涡轮泵对发动机液氧路频率特性影响

液氧/煤油补燃循环发动机液氧路频率特性对于火箭POGO振动和发动机动力学特性具有重要的意义。以某型液氧/煤油补燃循环发动机氧路流体系统为研究对象,重点考虑气涡轮和泵动态特性的影响建立了系统线性化小偏差频域模型。应用复系数状态空间矩阵法计算了气涡轮压比、氧预压泵动态增益、燃气掺混段特性对系统频率特性的影响。研究结果表明:预压涡轮低压比状态下,系统响应幅值变大,预压涡轮压比对系统频率影响较小;预压泵动态增益越大,系统频率越低,幅值越大;燃气掺混段长度越大,系统频率越低,幅值越小。     

富氧燃气发生器液氧供应系统频率特性分析

为了研究富氧发生器液氧供应系统的动态特性,详细考虑液氧头腔中的流动过程和喷嘴动力学环节,建立了系统的传递矩阵模型。计算了系统在发生器室压扰动下的频率响应特性,并分析液氧头腔体积、喷嘴压降、喷嘴惯性和发动机工况对液氧供应系统动态响应的影响。结果表明,由于液氧头腔的容积较大,液氧喷注导纳主要取决于头腔和喷嘴的动态特性,出口流量幅值在很宽的频率范围内都较高。增大头腔体积,则增大出口流量的幅值,降低头腔中压力响应幅值。适当提高喷注压降或喷注单元的惯性,都能降低液氧喷注导纳的幅值。在低工况下出口流量幅值在300～800Hz之间增大,不利于该频率范围的耦合稳定性。     

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。     

纤维体积含量对炭纤维三维四向编织复合材料试验模态性能的影响

通过试验方法对不同纤维体积含量的炭纤维三维四向编织结构复合材料振动性能进行了研究,根据试验结果分析了纤维体积含量对材料的振动性能的影响.试验表明,炭纤维三维四向编织复合材料随着纤维体积含量的增加,固有频率增大,阻尼比减小;纤维体积含量越大,传递函数的共振峰值越高,加速度衰减曲线越衰减缓慢,材料的阻尼特性减小.     

瞬变流速作用下姿控发动机燃料管路的非线性振动特性分析

为研究瞬变流速激励下某型卫星姿控发动机燃料输送管路的非线性振动特性,采用加权余量法和四阶Runge—Kutta法对燃料输送管路的非线性液固耦合振动模型进行了数值仿真,研究不同燃料流速下、电磁阀开关时长对燃料管路非线性振动稳定性的影响。仿真结果表明,依据管路特征线可将管路振动分为稳定振动区和不稳定振动区,且不稳定振动主要表现为发散失稳和扩张失稳。当电磁阀开关时长处于失稳区时,电磁阀门开启时长引起的燃料管路不稳定振动为多频率、变幅值的动态扩张失稳,且燃油流速增大是影响管路振动扩张断裂的主要因素;电磁阀门关闭时长引起的燃料管路不稳定振动为单频、变幅值扩张失稳。