氧/甲烷安全排空装置设计及应用

针对液氧/甲烷、液氧/煤油等火箭发动机地面试验中氧/甲烷排放易出现重气云、易燃易爆危险性高等问题,设计一种安全排空装置,总体结构为下部是收集箱,上部是排空筒。采用功能驱动设计、应力校核尺寸的方法,对排空装置的收集箱、排空筒、固定支架几个关键部件进行了结构设计。设计结果为:收集箱是内部焊接有角钢骨架的钢板结构,钢板截面应力为0.4 MPa,远低于允许应力,人孔通过低温橡胶密封;排空筒下部是花管结构,插入收集箱与其联通,中部焊接排放接嘴,所受平均风力为111.2 N/m,引起的最大弯曲正应力为1.45 MPa,切应力为0.01 MPa,安全系数均很高;固定支架螺栓所受应力幅为2.1 MPa,低于许用值9.7 MPa。利用数值分析工具,仿真了排空装置工作过程,分析结果为:收集箱内最大压力为0.107 MPa,排放接口处最大冲击载荷为0.72 MPa、出口平均流速为45 m/s,均符合强度要求和安全排放要求。加工的排空装置多次成功应用于相关试验,结果表明:该排空装置设计方法可行,结构可靠,实现了预期功能,保证了氧/甲烷等易燃易爆介质的安全排放。     

超临界压力低温甲烷波纹管内强化换热数值研究

以发动机主动再生冷却系统为研究对象,建立了碳氢燃料热物性高精度计算方法,在此基础上对超临界压力下低温甲烷在水平波纹管内的流动换热现象展开数值研究,初步分析了波纹管强化换热机理。进一步系统研究了波纹管节高比、管壁材料导热系数、壁面热流密度、入口压力以及雷诺数对强化换热和阻力特性的影响,并采用综合换热性能评价准则对各种因素的影响进行评价。研究表明:在超临界压力下合理选择波纹管可以显著提升换热能力,消除传热恶化现象,并且不会带来明显的压降损失;存在一个最优波高和最佳雷诺数,使波纹管具有最优的综合换热性能;增大管壁材料导热系数和甲烷入口压力可提高换热能力。     

气氧/气甲烷火炬点火器设计及试验

针对某型液氧/甲烷火箭发动机,为寻求多次使用的点火器,提出了变结构气氧/气甲烷火炬式点火器设计方案。根据设计要求及技术指标,对点火器进行了变结构、变缩进长度及变混合比试验,验证了点火器设计的可靠性。试验结果表明:混合比越大,燃烧室压强越大,出口补燃情况不发生改变; 缩进长度的变化不影响燃烧室压强及出口补燃情况的变化; ...     

好奇号未发现火星有甲烷

NASA11月2日宣布，好奇号火星漫游车对火星大气进行的首次分析并未发现那里有甲烷。这一消息无疑会令那些期待在火星上发现生命的人感到失望。地球大气中90％以上的甲烷是由活体有机物产生的。科学家们渴望知道好奇号能否在火星大气中发现甲烷。但这辆漫游车上的“火星样品分析”（SAM）仪器在其首次大气测量中空手而归。科学家此前通过地面和太空设备在火星大气中发现过甲烷，但浓度非常低，约为亿分之一至亿分之五。     

埋藏在西伯利亚的“定时炸弹”

<正>甲烷"大爆发"将使全球温度提高10℃由于全球气候变暖等因素,位于西伯利亚西部永久冻结带上全球最大的冻泥炭沼泽开始融化,这片在距今11000年前形成的冻土正在逐渐变成一个个浅湖,而这一过程释放出的甲烷气体(温室气体的一种)也将会加速全球变暖的进程。     

与土卫六的第一次亲密接触

卡西尼土星探测器于10月26日成功地透过土卫六薄雾般的大气层，拍摄到它的表面，并在预定时间发回大量资料和图片。美国航宇局在西班牙马德里的外层空间网络站于美国东部时间21：25分时获取一个信号，科学家们根据信号推断，卡西尼当时距离土卫六表面不到1200千米。     

甲烷/氧气双组元微型推力室的实验研究

为研究微小推力室的工作特点,建立了双组元微小推力室的地面实验装置和数据采集系统。在内径为4mm,喉部直径为0.4mm的微小推力室内,采用氧气和甲烷气体作为推进剂进行了点火热试车,实时测量燃烧室压力和壁面的温度分布。实验结果表明,在富燃工况下,随着混合比的升高,燃烧温度和燃烧室压力逐渐升高;当混合比一定时,随着总流量的增加,燃烧室压力增加,微小推力室的推力和比冲也在升高。微小推力室的真空推力达到120mN,真空比冲达到了240s。     

基于液氮冷源的液态甲烷过冷加注工艺

针对商业火箭公司对于液态甲烷过冷加注的需求,开展了基于液氮冷源的甲烷过冷加注系统方案设计,并计算得到了不同甲烷流量和液氮压力参数下的过冷器换热面积。为了防止液氮温度过低造成液态甲烷凝结,参考现有液氧和煤油工艺流程,提出2种不同控制策略的甲烷过冷加注系统,并详细对比分析了这2种系统所能实现的6个不同工艺流程。结果表明:基于背压控制的加注系统相比于基于液位控制的系统具有更高可靠性,同时前者能够实现在线实时加注工艺,原因在于其通过控制换热器中液氮压力来保证液氮温度始终高于甲烷冰点。甲烷过冷器换热面积与甲烷加注流量、液氮背压均成正比,在具体工程实施中应当根据加注需要选取合适的加注流量和液氮背压,以减小过冷器尺寸和降低设备制造成本。     

甲烷跨临界传热恶化影响因素分析

为了研究甲烷在跨临界条件下传热恶化现象的产生机理及影响因素,对非对称加热条件下矩形通道内甲烷的跨临界流动与传热进行了三维数值仿真计算,并就不同出口压力和壁面粗糙度对结果的影响进行了讨论。仿真结果表明,甲烷在通道中由于温度分层,使得其靠近壁面处的拟临界温度附近存在一段区域,其定压比热容处于极大值而热导率处于极小值。二者均会阻碍流体之间的传热,导致传热恶化现象的发生。此外,将出口压力从6MPa提高到10MPa和14MPa,表面平均传热系数分别增大了18.9%和6.5%,壁面平均温度分别降低了22.9%和16.3%。将壁面粗糙度从0μm提高到3.2μm和5μm,表面平均传热系数分别增大了56.3%和92.6%,壁面平均温度分别降低了29.1%和39.3%。这表明,增大出口压力与壁面粗糙度均可以抑制传热恶化,显著降低壁面温度。然而,当出口压力过大时,由于甲烷吸热能力的降低反而会导致冷却效率下降。