文氏管和喷注器双调节变推力液体火箭发动机试验研究

本文通过对装有可调喷注器和可调汽蚀文氏管的双组元变推力液体火箭发动机的设计,试验和理论分析,给出了压力P,文氏管压力恢复比R,喷注器针阀位移h_i,推进剂秒流量G和组元比r,余氧系数α,燃烧效率c及比冲I_s,推力F,稳定性,响应时间t_p等随控制电压信号改变的规律性。     

带有可调喷注器与文氏管的变推力液体火箭发动机响应特性分析

本文利用数值方法和解析方法对带有可调喷注器和可调文氏管的变推力液体火箭发动机的响应特性进行了分析,讨论了影响此类发动机动态性能的主要因素.最后给出发动机参数的优化结果,并进行了实验验证.     

一种流量调节器的设计与试验研究

为保证输送系统流量供应的稳定性和准确度,设计了一种新型可调汽蚀文氏管并提供了设计思路,其具有设计简单、线性度好、流量调节范围广等优点。通过理论分析,对该新型可调文氏管的流量计算公式进行了推导,获得流量与行程的关系式。最终选用较小的针锥全角、较大的喉部直径、截断针锥等操作,有效地提高了可调文氏管的线性度。对该可调文氏管进行了水试试验,通过不断调整针锥行程,获取了流量与针锥行程的对应关系。试验结果表明,本文设计的可调文氏管满足10：1的流量调节比要求,同时在超大流量调节比下依旧能够保证较好的线性度,可以作为流量调节器。     

可调汽蚀文氏管试验研究

通过对两种可调汽蚀文氏管的试验研究,掌握了其流量调节性能和流量特性,获得了可调汽蚀文氏管的针锥具体位置与其流量的对应关系,解决了试验过程中遇到的滚珠丝杠自锁、电机调节精度和可重复性较差的问题。所得结果为可调汽蚀文氏管的实际应用奠定了基础。     

减小汽蚀管压力损失之技术途径

本文根据液体火箭发动机汽蚀管的多年研制经验,阐述了喉部圆角半径R和直线段L_2对压力损失系数δ的影响,并简要介绍了某发动机主系统汽蚀管流道型面的改进设计及其改进效果.     

碳氢燃料超燃冲压发动机燃烧室控制试验

设计了超燃冲压发动机燃烧室控制回路,采用基于可调气蚀文氏管的燃料流量调节系统动态调节燃料流量,根据反馈的推力和隔离段压强等测量数据进行燃烧室推力增益控制和燃烧室-隔离段干扰控制,并在直连式超燃冲压发动机试验系统上进行了推力单水平控制试验和推力多水平/燃烧室-隔离段交互控制试验.试验表明:燃料流量调节系统工作稳定,文氏管按指令行程作动,流量调节过程清晰;测量推力随流量变化基本上同步变化;对目标推力增益和燃烧室-隔离段交互的控制有效,并为进一步深入研究超燃冲压发动机燃烧室控制问题奠定了基础.      

流控式可调气蚀文氏管

本文论述了一种新颖的文氏管,它应用流控引流原理,采用劳路分流法,以达到调整流量的目的.它的结构简单、无机械活动零件、可靠性高.用同一个流控式可调气蚀文氏管可调整至不同流量,既提高了文氏管的调整精度,又节约资金、减少试验工作量.本文论述了理论设计、计算及试验结果的分析.     

以N2O为工质的汽蚀文氏管流场仿真

为得到N₂O在汽蚀文氏管中的汽蚀流场分布,以实际气体状态方程和完全汽穴模型为基础,求解两相混合物流动的控制方程组.针对N₂O的特点,对三种不同工况下文氏管的汽蚀流场分别考虑汽化热和不考虑汽化热进行了仿真,并对两种计算结果进行了对比分析.考虑汽化热计算得到的汽蚀区比不考虑汽化热计算得到的要小,而且汽蚀区及周边温度有明显的变化,计算结果更加真实合理,说明了考虑汽化热计算的必要性和正确性,对汽蚀文氏管的设计有一定的指导作用.      

考虑预应力和液体影响的圆柱壳颤振分析

 为了研究预应力和液体对圆柱壳颤振的影响,采用杂交元方法,建立了圆柱壳的气动弹性方程。由Sanders薄壳理论和经典有限元理论,从壳的精确解推导节点位移函数入手,并由一阶活塞理论得到结构的气动阻尼矩阵和刚度矩阵,最终推导出考虑预应力和内部液体影响的圆柱壳的混合有限元公式和气动弹性方程。通过特征值法验证了此种有限元方法的正确性,并重点研究了预应力和内部注有液体对圆柱壳稳定性的影响。计算结果表明:预应力和液体对圆柱壳的颤振特性有显著的影响。     

Effects of Initial Stress and Internal Liquid on Flutter Analysis of Cylindrical Shell

为了研究预应力和液体对圆柱壳颤振的影响,采用杂交元方法,建立了圆柱壳的气动弹性方程.由Sanders薄壳理论和经典有限元理论,从壳的精确解推导节点位移函数人手,并由一阶活塞理论得到结构的气动阻尼矩阵和刚度矩阵,最终推导出考虑预应力和内部液体影响的圆柱壳的混合有限元公式和气动弹性方程.通过特征值法验证了此种有限元方法的正确性,并重点研究了预应力和内部注有液体对圆柱壳稳定性的影响.计算结果表明:预应力和液体对圆柱壳的颤振特性有显著的影响.     

空气节流对超燃冲压发动机燃烧室起动点火影响的数值研究

利用空气节流在流场中产生激波串,有效地辅助燃料实现起动点火.非定常Navier-Stokes方程数值模拟研究了空气节流对超燃冲压发动机燃烧室起动点火的影响,分析了起动点火时间段(0~1.0ms)内空气节流 对流场参数的影响.数值模拟结果表明:在燃烧室入口马赫数为2.0、静温为548.8K、静压为101555.9 Pa,乙烯燃料当量比为0.5,先锋氢辅助点火的条件下,距离发动机入口845mm处,节流流量为入口空气流量的30%,有效地实现了发动机的起动点火,无空气节流情况下的发动机点火效果不佳,火焰最终熄灭.      

Experimental and numerical study on pressure oscillation in a combustor with rotary valve

A rotary valve coupled in a combustor assembly can generate periodic pressure oscillations inside the combustor and can be used to study the combustion instability in the combustion chamber of a rocket engine. This paper proposes a cold gas flow experimental system based on a rotary valve and a corresponding rotation model. A 3D numerical model is proposed to obtain the transient flow inside the rotary valve, and the dynamic mesh technique and User-Defined Functions (UDFs) are adopted to implement a swing motion instead of a rotary motion. Several cold gas flow experiments are carried out at rotating speeds of 75 225, and 375 rpm to verify the validity of the numerical model. The effects of rotating speed, stroke length ratio and radius of the RED (Rotor Exhaust Duct) on the pressure oscillations are studied using this numerical model. The results show that the maximum and peak-to-peak values of the pressure oscillations gradually decrease with increasing rotating speed. The ratio of the corresponding peak-to-peak value to the maximum pressure (pressure amplitude ratio) is reduced from 1.81 to 0.6%. The stroke length ratio affects the pressure waveform because it leads to a change in the time spent in the non-exhaust stage. When the stroke length ratio is 0, the waveform closely resembles a sine wave. With the increase in the stroke length ratio, the pressure waveform exhibits a more square or a triangular wave shape. Finally, a high-frequency and high-amplitude pressure oscillation can be obtained by appropriately increasing the radius of the RED.     

二元紊流发生器实验研究

本文给出了二元紊流发生器实验研究的结果,对不同文氏管通道型面所提供的一些典型的出口流场作了分析,并对某些工作状态下的激波振荡的特征作了介招。紊流发生器出口边界条件可以是音速出口,也可以是等压出口,尽管这方面的区别对于激波振荡特征以及分离包的尺度有显著的影响,但是对于出口流场的影响却是令人惊奇地微不足道。紊流发生器中常使用的提供总压图谱的畸变网可以使出口紊流度大幅度衰减。如果采用模拟板来代替畸变网,这一情况卽可以避免。     

捕获型线对内转式进气道外压段几何与气动特性的影响

以直内收缩锥流场为基准流场，构建了一套内转式进气道外压段的设计与性能快速分析程序.进而以矩形捕获型线为例，研究了决定捕获型线形状、位置的3个参数(中心距、旋转角和宽高比)对进气道外压段几何与气动特性的影响，将捕获型线为矩形、带圆角矩形及圆形时的外压段进行了对比.结果表明:捕获面平均半径是可作为评价外压缩段设计的一个重要几何参数，平均半径越大，总压恢复系数越高；对于矩形捕获型线而言，当中心距增加时，前缘长度、弧长、湿润面积单调增加，外收缩比单调减小，而旋转角和宽高比对外压段几何参数的影响比较复杂；在矩形捕获型线的3个参数中，中心距对总压恢复系数的影响最显著.此外，当捕获型线的中心距与面积保持不变时，圆角半径对外压段几何与性能参数影响不大.      

周期节流扰动下激波串振荡流动的数值模拟

基于动网格方法数值模拟并分析来流马赫数为6，二元进气道/隔离段构型在频率为50～500 Hz周期节流下的激波串振荡流动。结果表明：当节流比在0.2～0.32范围内周期变化时，隔离段出现与节流频率相同的激波串振荡现象。节流频率会影响激波串振荡幅度和壁面压强波动特性。50 Hz与100 Hz工况的激波串流向振幅相近，100～500 Hz范围内随频率增加，流向振幅从15.5 mm减小至10.8 mm。壁面压强随频率的变化规律更加复杂，以凹腔中部为界，其上游壁面压强时均值、均方差峰值整体随频率增加而降低，其中50 Hz工况唇口侧壁面压强均方差峰值可达21倍来流静压，但其下游壁面压强无明显规律。分析表明节流频率对激波串振荡的影响与节流扰动的传播时间相关，工程设计中需综合考虑构型与反压参数对激波串振荡的影响。     

不同出口型与驱动频率的活塞型自耦合射流研究

采用PIV对驱动频率为10, 20, 30 Hz的活塞式自耦合射流作动器流场进行测量, 应用相位锁定技术, 测得了一个周期内72个相位的瞬时流场.对3种频率下的自耦合射流的变化规律的分析, 发现当前实验条件下, 在几何尺寸不变时, 随着频率的增加, 冲程长度L0与平均出口速度U0迅速上升;当频率不变时, 随着出口孔长宽比AR的增加, 冲程长度L0于平均出口速度U0呈下降趋势;而随着孔板厚度d的增加, 冲程长度L0却随之下降.通过5个周期360张瞬时流场图的平均得到了自耦合射流的时均流场, 数据分析表明, 自耦合射流方向性很好, 其沿流方向速度剖面具有自模化特征.相对于定常二维平面射流, 其稳定发展段中心线上沿流向方向速度衰减较快.      

煤油燃料超燃冲压发动机燃烧特性实验研究

为研究空气节流时序对超燃冲压发动机点火和火焰稳定的影响,本文通过实验方法研究了13个状态的煤油燃料超燃冲压发动机的燃烧特性,煤油燃烧通过先锋氢气和节流空气增强稳定性。通过两个固定位置的压力传感器来监测火焰稳定状态,采用纹影和OH-PLIF相结合的测量手段,获得了流场结构和火焰发展信息。发动机入口来流条件为Ma = 2.0,总温950 K,总压0.82 MPa。在空气节流的作用下,煤油被先锋火焰引燃;在先锋氢撤除后,煤油仍然可以稳定燃烧。在扩张段中,空气节流和燃烧共同作用产生的激波串移动速度约为52 m/s,但在凹槽内其速度仅为3.7 m/s。通过监测点压力变化情况可以区分所研究状态的火焰稳定与否,通过对13个研究状态的考察,获得了火焰稳定临界曲线。当所研究状态点在临界曲线右上方区域时,火焰状态稳定;当所研究状态点在临界曲线左下方区域时,火焰将被吹熄;当所研究状态点在临界曲线上时,火焰不稳定,在空气节流撤除之前将被吹熄。     

涡轮风扇发动机紧凑压缩系统气动性能

通过数值方法研究了由2级风扇、4级高压压气机及外涵组成的紧凑压缩系统的气动性能.探讨了双涵双轴压缩系统气动性能的评估方法及数值计算中相应的边界给定方法.通过对紧凑压缩系统的一体化数值模拟,分别获取了风扇及高压压气机的设计转速特性,并与设计值进行了对比,结果表明流量、压比、效率都达到了设计要求,而风扇失速裕度仅为7.8%...