预存气体闭端管路的充填水击研究

为提升补燃循环发动机仿真平台的分布参数计算能力,针对常温液体充填预存气体闭端管路的水击现象,本文使用Modelica语言基于MWorks平台建立了一维有限体积的管路充填模型,并分别使用该模型和集中参数模型对现有文献中的充填水击实验进行了仿真模拟,结果表明：对于预存气体0.1MPa的工况下,一维有限体积模型与集中参数模型对实验的模拟度均较为接近;而在管路接近真空的工况下,一维有限体积模型的计算结果与实验数据吻合度很高,集中参数模型误差则高达76%左右。在不同预存气体压力下的计算结果表明：在管路刚度一定的条件下,预存气体压力0.1MPa以下时,气体的压缩缓冲作用是充填过程中水击压力峰值得到减弱的主要原因;在预存气体压力0.1MPa以上时,气体的缓冲作用与充填流量的减小共同导致了充填水击压力峰值的减弱。对不同弹性管路的计算表明：在闭端管路的充填过程中,管壁弹性对近真空管路的影响相对较大,对预存气体压力较大的管路几乎没有影响。     

水击压力传感器现场校准方法研究

介绍了发动机试验水击压力测量的重要性,水击压力传感器进行现场校准方法研究的必要性.通过分析水击压力产生机理、水击压力传感器测量原理,以及对国内外动态校准系统比较分析,设计了水击压力传感器现场校准系统,提出水击压力传感器现场校准装置设计指标、工作方式,校准装置设计难点,同时介绍了现场校准系统的关键技术.并重点论述了水击压力传感器现场校准方法,对水击压力传感器现场试验数据和发动机试验数据进行了比对,分析了水击压力现场校准装置的设计可行性.最后利用校准装置进行了水击压力传感器现场校准试验,对现场校准数据进行计算分析,得到水击压力传感器灵敏度系数、系统校准曲线和上升时间等.还针对试验中水击压力测量干扰信号提出了抗干扰措施.     

液体火箭发动机水击特性仿真及试验研究

建立了液体火箭发动机水击压力的模型,进行了数值仿真和试验对比分析,研究了影响液体火箭发动机水击压力的影响因素,讨论了发动机关机后推进剂管路的压力瞬变特性,从而验证了数值模拟的正确性。     

卫星姿态控制和反作用控制用单组元推进剂供应系统的落压过程和水击过程

本文对卫星姿态控制和反作用控制用单组元推进剂供应系统的落压特性和水击特性进行了试验研究,并用理论模型模拟了落压过程,计算结果与试验数据非常吻合。试验测得的过滤器和隔离阀的摩擦系数是与压力有关的,这些组件的压降与其入口压力的相关关系必须予以考虑,以便获得准确的模拟解。在推进剂供应系统落压式工作的初始阶段,系统中压力下降的速度很快。隔离阀对水击压力波有显著影响,它提高了水击压力波的峰值和频率。     

火箭发动机水击压力数值模拟分析

依据水击理论,以某液体火箭发动机为例,采用特征线法建立推进剂供应系统一维流动数学模型,实现了关机水击数值模拟。实例计算分析了测压导管对水击过程的影响。     

双线圈高速开关阀的水击特性验证

高速开关阀是航天领域动力系统的关键元件,需要具备高频响和高可靠性。然而,高速开关阀的开关特性会使系统产生水击现象,降低系统的可靠性,尤其是在高速开关阀高频切换过程中会产生更多的水击压力波,致使系统中的水击变得更加复杂。因此,采用仿真和实验相结合的方法对不同频率下水击压力脉动的变化进行分析,最终通过对数据时域和频域的分析,发现了高速开关阀的水击压力脉动规律,研究结果可在航天动力系统中应用。     

基于流固耦合理论的关机水击特性

为了考虑结构变形对关机水击特性的影响,应用Workbench15.0构建双向流固耦合分析系统,模拟关机水击过程,通过压力和流线的分布图分析压力波传播和能量耗散。根据轨控发动机大流量、高室压、快响应的发展趋势,设计了8个工况来分析流量、压力、阀门关闭时间对水击特性的影响。仿真结果表明:在水击发生后,水击的能量只有小部分通过从入口流出和结构变形而耗散,大部分水击能量的耗散是由于流体的粘性损失。流量只对水击峰值压力有影响,且流量越大,水击峰值压力越大。阀门关闭时间的缩短增加了峰值压力和水击频率,减缓了衰减速率。管路背压对水击特性几乎没有影响。因此,在进行轨控发动机高室压水击试验时,在保证流量和关阀时间相同的情况下,减小出口背压,可以得出与高背压一致的水击压力变化曲线。     

弱可压缩流体与可压缩流体模型的管路水击研究

为提升液体推进系统模型对可压缩流体的仿真能力,针对供应管路的瞬变流动,采用一维有限体积法,使用Modelica语言基于MWorks平台分别开发了适用于补燃循环发动机仿真模型库的弱可压缩流体与可压缩流体的管路模型,不同于控制方程中显含声速的弱可压缩流体模型,可压缩流体模型通过将守恒方程与真实流体的SRK型状态方程耦合求解来计算压力波的传播。在管路供应系统中,分别以液氢、液氧及液甲烷为工质进行关阀水击的仿真研究,结果表明:使用SRK状态方程避免了可压缩流体模型对内能拟合公式的依赖,减轻了建模难度;可压缩流体模型对液氧及液甲烷的仿真结果较为准确,最大误差不超过2%,对液氢的最大计算误差约9%;相对于可压缩流体模型,弱可压缩流体模型计算得到的水击压力在振幅及频率上均偏大;可压缩流体模型计算得到的流体密度波动不超过3%,因此工程实践中处理水击问题时将液体假设为弱可压具有一定的合理性。     

基于谱方法的管路充填过程仿真

基于一维瞬变流理论,建立了推进剂供应系统管路充填过程数学模型.提出采用Fourier谱方法求解充填管道中液体瞬变流控制方程的新方法.利用坐标变换方法,很好地处理了解算管内气液移动边界时,非线性迭代收敛速度较慢这一难题.对由贮箱、隔离阀、管道组成的系统充填过程进行了仿真计算,并将计算结果与已发表的采用特征线方法获得的结果进行对比分析,表明该方法和仿真结果可信.进一步研究了预存气体压力、贮箱压力、多变指数等影响因素对最大充填压力峰的影响规律.      

航天器推进系统水击及其抑制方法

针对航天器推进系统充填和关机过程水击这一动力学问题,基于已建立的航天器推进系统仿真模型,开展了某型推进系统的仿真研究,并重点分析了节流孔、弯管对推进剂供应管路水击的抑制作用.研究结果表明:①在推进系统充填和关机过程中,其不同位置均出现了明显的水击现象,充填过程水击频率较低,而关机过程水击频率较高,关机过程的水击峰值压力显著高于充填过程;②节流孔可显著削弱充填过程中的压力和流量振荡,关机过程的水击需要由较小的节流孔才能有效抑制;③弯管可明显削弱充填过程中的压力和流量振荡,对流量振荡的抑制效果尤为显著,但弯管对关机过程水击的抑制效果不明显.