用于发动机羽流试验研究的液氦热沉设计

超低温大型卧式热沉采用液氦制冷,将在国内实现热沉表面温度低于10K,主要用于航天发动机羽流效应试验,同时兼顾卫星等热真空试验.热沉主体结构为卧式圆筒型,为减小热损失,液氦热沉去掉了骨架,外部装有液氮热沉,两者采用一体化设计,液氮热沉既做液氦热沉的防辐射屏,又做液氦热沉的支撑.为增大抽速,舱体封头端设计了可拆卸的羽流吸附泵.羽流试验时液氦热沉、羽流吸附泵通液氦制冷,液氮热沉通液氮制冷,各部分热沉单独供液.对此大型热沉进行了方案设计、参数计算,对热沉预冷及稳态工况时的液氮、液氦消耗量进行了估算,分析了羽流试验时热沉抽气速率随试验工质温度的变化关系,得出液氦热沉对氮气的抽气速率可以达到107L/s量级.      

模拟空间环境下小发动机羽流压力场

为研究空间发动机的羽流特性及其对卫星的污染,在模拟空间环境下,进行了电加热CO2气体模拟发动机羽流流场的试验测量和理论计算。试验台主要包括空间环境模拟系统,电热气体模拟发动机,稳压气源,测量系统及其温控。理论计算采用计算流体动力学(CFD)和直接模拟Monte Carlo(DSMC)相结合的方法,完成了羽流场的数值模拟。测试结果表明,试验系统满足在10-3Pa量级的真空压力和93±5 K的背景温度下稳定运行和精确测量。不同坐标位置处试验数据和数值结果的比较表明,试验测量和理论计算吻合较好。     

便携式火箭发动机地面试验测量与控制系统

根据火箭发动机地面试验对测量与控制的要求,设计了一套用于火箭发动机地面试验数据采集与控制的便携式测控系统.测控系统硬件基于NI(National Instruments)公司的USB(universal serial BUS)数据采集与控制设备开发,集测量与控制功能于一体,便携性好,通用性强;软件基于模块化设计思想,采用LabVIEW编程环境开发,人机交互界面友好,通用性强,可扩展性好.该测控系统平台已成功应用于多次发动机地面试验,能满足多种类型的火箭发动机试验对测控的需求.      

直升机发动机燃油泵自吸油地面模拟试验中用正、负压模拟燃油过载的研究

本文推导了在势函数π=fz的有势力场中一维绝热定常流的能量方程,并对该方程进行分析,提出了在直升机燃油系统地面模拟试验中用正、负压模拟从油箱到发动机吸油口管路中燃油的过载来进行在各种飞行高度、各种供油状态下的发动机燃油泵自吸油地面模拟试验。     

民用飞机防火系统试验室气流模拟系统设计

在民用飞机防火系统地面模拟试验中,由于气流流量对试验具有重要的影响,因此,需要模拟发动机风扇舱、发动机核心舱、APU舱和货舱在飞行中的气流流量。由于流量的精度对试验结果具有重要的影响,设计一种基于PLC控制的气流模拟系统,基于PID控制算法,通过变频器控制电机带动风机模拟所需的气流,满足地面试验的要求。     

高空模拟试车台简介(一)

高空模拟试车台(以下简称高空台),是能够模拟发动机于空中飞行时的高度、速度等条件的地面试验设备,是研制先进航空发动机和推进系统必不可少的最有效的试验手段。发展一台新的现代高性能航空发动机,除了要进行大量的零部件试验和地面台试车外,还必须利用高空台进行整个飞行包线范围内各种模拟飞行状态下的     

Ф3．2m风洞活动地板系统研制

目前在风洞中通常采用固定地板和活动地板两种模拟方法开展飞行器地面效应研究，确定地面效应影响量大小。采用固定地板模拟地面时，由于存在地板边界层，不能真实模拟飞机近地飞行状况。采用活动地板模拟地面时，由于活动带运行速度和方向与来流一致，在活动地板表面不存在边界层，可以真实模拟飞机近地飞行状况，提高地面效应试验数据的精准度。介绍了Ф3．2m风洞活动地板系统的研制情况，对活动地板系统的组成、结构形式、主要技术指标等作了简要介绍。YF-16模型试验结果表明：Ф3．2m风洞活动地板试验系统的性能指标达到了设计要求，活动带最大运行速度为60m／s；活动地板和固定地板两种模拟方法获得的地面效应试验结果存在较大差别，差别大小随地板高度和飞机姿态角变化而变化。     

航空发动机高、低温起动及高原起动试验技术探讨

根据GJB241对航空发动机高、低温起动及高原起动试验的要求,分析了高、低温及高原环境条件对航空发动机起动性能的影响机理;阐述了利用自然环境条件、低温起动室及高空模拟试验台进行航空发动机高、低温起动及高原起动试验的优、缺点;结合国产斯贝MK202发动机分别在英国R.R.公司低温起动室和高空模拟试车台进行的低温起动试验方法和俄罗斯中央航空发动机研究院(CIAM)高空台的发动机高、低温起动及高原起动试验的方法,提出了符合我国国情的航空发动机高、低温起动及高原起动试验的实施途径。      

两种燃烧加热风洞参数匹配方案的比较

燃烧加热风洞中的地面高超声速试验通常模拟真实飞行状态下的静温,静压,马赫数(TPM)或总焓,动压,马赫数(h0QM)。为弄清气流参数匹配方式对发动机性能的影响及其机理,基于准一维带化学反应数值模拟对这两种典型匹配方案获得可靠的燃烧室压力分布与发动机推力及比冲的能力进行了比较。结果表明,对于氢燃料加热气流,若燃烧室内未出现明显的局部热壅塞引起的激波结构,TPM匹配方案能较好模拟纯空气流动当量比相同时的压力分布;h0QM匹配方案则能更好模拟燃料量相同的情况;对于模拟燃烧室热壅塞效应,h0QM匹配方案表现更好。从模拟发动机推力的角度来说,两种匹配方案均可通过调整燃油量达到与纯空气结果的较好契合,不管燃烧室内是否出现壅塞激波结构;从模拟燃料比冲的角度来说,则h0QM匹配方案更可靠。燃烧释热比不同是导致两种匹配方案表现不同的关键原因。对于酒精燃料加热气流,两种匹配方案下发动机性能相仿;但此时污染效应更强,给优化匹配方案以准确模拟发动机性能带来更多挑战。     

民用飞机发动机灭火系统地面试验技术研究

确保民用飞机的高安全性,是民机设计的一个重要目标。发动机火区的防火、灭火功能尤其重要。根据适航条款的要求,提出一种适用于民用飞机发动机灭火系统地面试验室试验的方法。该方法采用一种微压差式灭火剂浓度测试系统,在模拟真实发动机内外形和舱内流场的发动机灭火性能验证试验台上进行试验。该试验同时模拟机上最严苛的试验环境,验证最严苛试验工况下发动机灭火试验的灭火剂扩散情况。该试验采用高精度传感器测试试验参数,记录试验数据,并按FAA条款比对试验结果。通过地面试验室试验验证,该试验方法能有效、准确的实现发动机灭火系统地面试验室试验目标。该试验结果能为机上试验提供试验经验,为机上喷嘴构型更改、灭火管网布设提供重要参考依据。     

基于粒子模拟的舱内布局对霍尔推进器可靠性评估真空羽流的影响

对霍尔推进器地面测试过程中真空环境下的羽流流场进行模拟研究,通过直接蒙特卡洛(DSMC)方法进行多种布局方式下的系列数值模拟,重点研究地面测试设施中舱内的抽氙冷板、束流挡板在不同布局环境下对真空羽流流场的影响。数值模拟结果显示:抽氙冷板的布局位置对羽流流场影响较不明显,但应考虑舱内各处均布以防压力局部集聚过高形成阻力;束流挡板对返流粒子的抑制作用明显,对抽氙冷板等具有较好的防护功能,但也同时改变了羽流流场分布,甚至会影响到推进器的放电特性和性能表现。通过该数值模拟方法可以实现对舱内工艺设备的设计指导,对抽氙冷板、束流挡板等进行布局优化,继而为推进器地面测试提供更为有效的测试环境。     

基于真空羽流试验的洁净真空系统设计

研制的洁净真空系统可用于真空羽流试验及热真空试验研究.详细介绍了真空系统的组成、方案设计及工作模式;计算了不同工作模式下的真空抽气时间;分别对罗茨泵机组、分子泵及低温泵进行了容器极限抽速测试,测试结果表明,满足技术指标;最后对真空容器压力维持能力进行了测试,测得容器平均压升率为0.111Pa/h,对应的平均漏气率为7.24Pa·L/s,真空容器达到了较高的工艺水平.真空系统有多种工作模式供选择,可根据试验需求及故障模式选取,增加了“真空羽流效应实验系统”运行的实用性和经济性.      

A numerical optimization of high altitude testing facility for wind tunnel experiments

High altitude test facilities are required to test the high area ratio nozzles operating at the upper stages of rocket in the nozzle full flow conditions.It is typically achieved by creating the ambient pressure equal or less than the nozzle exit pressure.On average,air/GN2is used as active gas for ejector system that is stored in the high pressure cylinders.The wind tunnel facilities are used for conducting aerodynamic simulation experiments at/under various flow velocities and operating conditions.However,constructing both of these facilities require more laboratory space and expensive instruments.Because of this demerit,a novel scheme is implemented for conducting wind tunnel experiments by using the existing infrastructure available in the high altitude testing(HAT)facility.This article presents the details about the methods implemented for suitably modifying the sub-scale HAT facility to conduct wind tunnel experiments.Hence,the design of nozzle for required area ratio A/A*,realization of test section and the optimized configuration are focused in the present analysis.Specific insights into various rocket models including high thrust cryogenic engines and their holding mechanisms to conduct wind tunnel experiments in the HAT facility are analyzed.A detailed CFD analysis is done to propose this conversion without affecting the existing functional requirements of the HAT facility.     

某型发动机压缩系统高空稳定性计算研究

本文通过不同进口条件下的某型发动机低压压气机和高压压气机特性计算，研究分析了该压缩系统在高空条件下的气动稳定性。计算结果与压气机地面特性试验、整机高空台模拟试验结果符合性良好，可作为确定该发动机压缩系统高空稳定工作范围或适应性改进的理论依据。     

灯丝放电磁场约束型原子氧效应地面模拟试验设备

介绍了用于原子氧剥蚀效应研究的灯丝放电磁场约束型地面模拟设备 ( IFM)的构成及工作原理,简单阐述了装置的运行测量结果,分析了等离子体参数随试验条件的变化趋势。并用 IFM设备对 Kapton空间用材料进行了地面模拟试验,试验结果与国外空间飞行暴露试验结果相似     

吸气式高超声速技术研究进展

总结了中国空气动力研究与发展中心(CARDC)在吸气式高超声速技术在试验设备、超燃冲压发动机、数值模拟以及机体/推进一体化飞行器等方面的研究进展。介绍了三种类型的高焓设备:脉冲式燃烧加热风洞、连续式燃烧加热风洞和电弧风洞。通过多种尺度的超燃冲压发动机的直连式和自由射流式试验,获得了发动机的基本性能及其随油气比、喷孔位置等的变化规律。对比连续式和脉冲式风洞试验结果,得知工作时间大于100 ms的脉冲式燃烧设备是开展发动机基本性能研究的经济、高效试验手段。成功研制了三维大规模并行数值模拟软件平台AHL3D并广泛应用于发动机研究。在0.6 m风洞中,完成了1.5 m带动力飞行器试验,获得了发动机工作和不工作状态下的飞行器推阻及升力特性。     

N2O单组元微推进系统及其喷管流场的初步研究

针对利用N2O单组元催化分解产生热气、用于精确控制飞行器姿态的微推进系统,提出了初步的系统方案和主要设计参数.通过数值仿真,对设计推力为1N的微推进器喷管在高空工况的内流场和真空羽流场进行了研究.计算得到喷管的推力为1.041N,比冲为1922.7N·s/kg,从而验证了喷管相关设计参数的合理性.理论分析为后续的地面试验件的设计加工及其热试车提供了有益的参考.     

空气喷气发动机试车台排气扩压器设计及试验研究

排气扩压器的作用是将发动机排出燃气的部分动能转换成压力能，真实模拟发动机排气反应和环境压力条件。它是高空台排气系统将被试发动机的高温高速燃气进行减速、降温、降低噪声，从而使燃气顺利地进入引射器（排气抽气设备）或排入大气的关键部件之一。排气扩压器的设计与被试发动机的合理配置至关重要。它与高空台的模拟高度、工作范围及节约能源等问题直接相关。所以必须综合考虑排气扩压器的设计问题。     

Research on vacuum plume and its effects

In vacuum environment, the exhaust flow of attitude control thrusters would expand freely and produce the plume, which possibly causes undesirable contamination, aerodynamic force and heating effects to the spacecraft. Plume work station (PWS) is developed by Beihang University (BUAA) for numerically simulating the vacuum plume and its effects. An approach which combines the direct simulation Monte Carlo (DSMC) method and difference solution of Navier-Stokes (N-S) equations is applied. The internal flows in nozzles are simulated by solving the NS equations. The flow parameters at nozzle exit are used as the inlet boundary condition for the DSMC calculation. Experimental studies are carried out in a supersonic low density wind tunnel which could simulate the 60-80 km altitude environment to investigate the plume and its effects. To demonstrate the capability of PWS, numerical simulations are performed for the vacuum plume of several typical attitude control thrusters. The research results are of great help for the engineering design.