采用流固耦合方法数值分析减压器动态响应

采用流固耦合数值模拟技术研究了减压器工作过程的动态特性。流体控制方程为三维基于动态网格描述的Eu ler方程,采用非结构动网格有限体积格式求解;固体结构的运动方程由拉格朗日方程导出,采用纽马克方法求解。提出了可变边条零厚度虚拟挡板技术模拟了活门由闭到开的瞬态过程。计算得到了上游不同开启压力以及不同开启持续时间减压器弹性元件的动态响应特性,结果表明,虚拟挡板技术模拟物体间由零距离开始分离的实际过程是成功的,且对最小网格尺度没有限制;将减压器上游高压的开启持续时间延长能够避免阀芯开度的振动。     

大流量气体减压器响应特性的仿真研究

针对自主研制的大流量气体减压器,建立了减压器工作过程的数学模型。采用四阶龙格一库塔法进行数值仿真,分析了减压器在下游阀门打开过程中的响应特性。仿真结果和试验结果一致。在此基础上用仿真的方法分析了主要结构参数对响应特性的影响规律。     

轨姿控推进系统用电磁阀性能仿真研究

轨姿控推进系统采用电磁阀控制内部流体通路的开启与断流,从而实现其重复启动和脉冲工作.在轨姿控推进系统快速稳定工作问题的研究中,电磁阀的性能对推进系统至关重要.针对轨姿控推进系统用电磁阀,基于电磁学及运动学等基本原理,建立了电磁阀动态数学模型,利用Matlab Simulink软件进行了动态仿真,得到了电磁阀动态响应特性;采用CFD软件对阀门内部流场进行数值模拟仿真,获得了精确的静态流阻特性,直观展现了电磁阀动态流场,为电磁阀的性能优化和轨姿控推进系统的性能提高提供依据.     

气动薄膜调节阀控制系统工作过程的动态仿真

借鉴气体减压器动态仿真的有限体积模型发展了一种可仿真气动薄膜调节阀动态流场的有限体积模型,并结合简单的比例-积分-微分(PID)控制算法,发展了一种可仿真气动薄膜调节阀控制系统工作过程的动态仿真模型。采用此模型,运用模块化建模与仿真方法对气动薄膜调节阀控制液体火箭发动机贮箱压强的简化系统进行了动态工作过程仿真,比较了不同PID参数和初始参数设置情况下的控制品质。数学模型和建模方法显示出较好的有效性和通用性。     

气体辐射与流场耦合对火星进入热环境影响

采用火星大气物理化学模型,求解带辐射源项的三维热化学非平衡N S方程,对探路者号火星探测器进入过程中的高温流场和热环境进行了数值模拟,分析了气体辐射与非平衡流场耦合效应对流场和热流的影响。结果表明：1)探路者号火星探测器流场热化学非平衡效应显著,CO 2 气体发生大规模离解,高度低至 28.5 km 仍存在热力学非平衡效应;2)热力学与化学非平衡效应的影响均与表面催化特性相关,完全催化热流要高于完全非催化热流50%以上;3)高温流场中的CO组分会产生较强的气体辐射加热,辐射热流与对流热流的比值为15%～45%,靠近肩部区域比值最大;4)气体辐射对非平衡流场的冷却效应使激波脱体距离减小;与非耦合方法相比,采用耦合方法得到的辐射热流降低约12%～25%。     

一种气体减压器动态微分方程的推导

本文针对卫星控制系统喷气执行机构中的气体减压器输出流量变化而引起减压器振荡的问题,讨论了减压器各部分的线性化微分方程、气体状态微分方程、质量系统的运动方程,并推导出减压器运动方程。     

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.     

多喷管火箭动力系统尾焰辐射特性可视化研究

为研究高空多喷管火箭动力系统尾焰辐射特性的可视化计算,采用耦合了Realizable k-ε湍流模型的三维N-S方程描述尾焰流动过程,化学反应速率采用湍流脉动机制和Arrhenius机制控制,采用PISO算法对多喷管动力系统尾焰流动过程进行求解,得到了尾焰流场的各项参数分布.在此基础上,运用气体辐射传输方程和SLG模型对不同方向观测面上接收到的尾焰辐射照度进行计算,得到尾焰在不同方向上的辐射特性分布,进而实现尾焰辐射特性的可视化计算.计算结果表明:高空助推器尾焰的辐射特性要明显强于芯级,其中喷管出口处尾焰的辐射特性最强,最容易被发现和识别;尾焰辐射特性的可视化计算可以有效捕捉到尾焰流场的结构,从而为尾焰的红外追踪与预警研究奠定基础.     

水反应金属燃料发动机三维两相燃烧数值模拟

用三维湍流N-S方程及颗粒轨道模型描述水反应金属燃料发动机内部喷雾两相湍流燃烧过程。通过耦合求解气液两相流模型方程,得到发动机燃烧流场。通过模拟Mg与水的反应,分析比较了一次和二次进水方案的不同流场特性。研究结果表明,二次进水方案更有利于火焰稳定和提高燃烧性能。     

基于ALE方法的开缝降落伞充气过程研究

为了解某型空投救生伞(平面圆开缝)的开伞特性,文章对其充气过程进行了数值模拟研究。建立了降落伞结构以及流场的计算力学和数值仿真模型,并利用任意拉格朗日-欧拉耦合方法计算得到了流固耦合作用下有缝降落伞的伞衣投影面积和充气过载的数值结果;同时给出了伞衣外形的三维变化结果及流场衍变特性。仿真结果验证了任意拉格朗日-欧拉有限元方法对于开缝型降落伞充气过程数值计算的收敛性和有效性,可用于降落伞试验的模拟和技术验证。     

减压阀启动振荡分析与抑制研究

为了解决某型姿控发动机减压阀压力振荡导致阀芯密封面损坏,进而影响调压功能的问题,对其启动过程出口压力振荡和抑制方法进行了研究。基于AMESim仿真平台建立了减压阀仿真模型,分析了阀芯行程和限流孔对减压阀启动特性的影响,结果表明:减小阀芯行程和增加限流圈均有利于抑制减压阀启动过程出口压力振荡。基于此优化了阀芯行程,并在入口增加限流圈,试验表明改进后的减压阀出口压力相对平稳,振荡现象得到有效抑制。     

冷气发动机系统动态特性仿真研究

采用模块化建模方法,将冷气发动机划分为减压阀、管路、容腔和喷嘴等模块,建立了发动机系统模块化数学模型。对发动机启动过程和脉冲工作状态下的响应特性进行了仿真研究,仿真结果与试车结果相吻合,验证了所建立的数学模型的正确性。仿真计算结果还表明：安全阀的开启性能和减压阀动作的灵活性等都是影响冷气发动机动态响应特性的主要因素。提出了改进发动机工作性能及可靠性的措施。     

点火瞬态过程仿真模型参数辨识

建立了固体火箭发动机点火瞬态过程一维非定常流场仿真模型,采用系统辨识方法进行了模型参数不确定性研究。基于点火试验用缩比发动机试验结果,得到了传热模型参数和瞬态燃速模型参数的最优估计,提高了点火瞬态过程一维仿真模型的预估精度。采用近似方法,构建Kriging近似函数,有效解决了一维非定常流场仿真的计算复杂性问题。     

仿真技术在球阀特性研究中的应用

航天领域火箭发动机上的球阀性能要求高、工作条件恶劣,对球阀流场分布特性、流量系数特性和力矩特性的研究一直是关注的焦点,要得到较为精确的计算结果又节省大量试验经费,对球阀流场进行仿真研究是有效途径.以液体火箭发动机用球阀为例,建立了三维稳态仿真数学模型并进行仿真计算,然后与试验结果进行比较,验证了计算模型的正确性.     

PWM高速开关阀动态调节特性仿真研究

针对某型号发动机燃油调节器的脉宽调制(PWM)高速开关阀,通过建立高速开关阀系统动态数学模型,开展了高速开关阀调节工作过程动态压力与流量特性的仿真研究。对影响开关阀动态输出特性的相关因素进行了比较分析,结果表明:阀座通径、驱动频率与容腔体积等是影响高速开关阀动态性能的主要因素,并提出相应的改进措施。为改善高速开关阀动态调节特性、提高作动控制系统的控制精度与性能提供参考与借鉴。     

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。     

大推力姿控发动机推进剂控制阀流场分析

采用数值分析与试验研究相结合的方法,对姿控发动机控制阀内部流场进行分析.数值计算与试验数据相吻合,可以认为数值分析能够较真实地反映控制阀的内部流动特性.对流场参数的分析表明：来流撞击阀芯和阀口收缩节流,是控制阀内流动能量损失的两个主要环节,在结构设计中应尽量避免;另外,流道截面的连续性及流动空间的充分性也是控制阀内部结构设计需要考虑的重要环节.     

配置点谱方法求解推进剂供应管路瞬变流动

基于一维管道瞬变流理论和数值谱方法,给出了求解推进剂供应系统管路内液体瞬变流控制方程的Chebyshev配置点谱方法,通过将“超谱粘性项”引入控制方程,有效地消除了由于解的间断或大梯度变化引起的数值振荡.以一段两端分别连接贮箱和阀门的等截面圆直管为例,利用该方法对阀门关闭后管道内水击现象进行了计算,给出了相应的水击压力仿真结果,并分别与采用特征线法和有限元法求解的结果进行了分析比较,论证了Chebyshev配置点谱方法求解推进剂供应管路内流体瞬变流的可行性.