改进的LE—7发动机

为满足90年代各种用途的重型运载器的要求,日本宇航局己研制成了 H—Ⅱ火箭。H—Ⅱ火箭在1994年2月4日已成功的进行了首次飞行。H—Ⅱ火箭可能是日本近期未来空间活动中最重型的火箭。但它的可靠性和成本仍有改进的余地。进一步降低成本,提高运载能力和可靠性的研究正在考虑之中,例如改进型 H—Ⅱ火箭和用于 HOPE—X 的 H—Ⅱ火箭(HOPE 实验机将用 H—Ⅱ发射)。在这些结构中,LE—7发动机是它的推进系统的关键部件。改进型 LE—7发动机将应用于不久的未来运载器,如用于 HOPE—X 的 H—Ⅱ和改进型 H—Ⅱ火箭。本文介绍了改进型 LE—7发动机的目前情况和未来改进计划。     

具有二次喷注孔带缩进长度离心式喷注单元流量特性的试验研究

利用自行设计的具有二次喷注孔、带缩进长度的双组元离心式试验喷嘴，对该种结构喷注单元的流量系数进行了测量。研究了喷嘴几何特性值和喷嘴结构参数对流量系数的影响，并对基于动量原理的理想流量系数进行了修正，从而使计算值具有更高的精度。     

射流在不可压气流中破碎过程高精度数值仿真

研究液体射流在不可压气流中破碎过程的难点在于捕捉射流柱表面细节特征。采用基于Gerris开源代码的树形自适应加密算法和VOF方法对射流袋式破碎和剪切破碎的典型算例数值计算,实现了射流柱从变形、弯曲到破碎成液滴的全过程可视化,清晰的捕捉到了射流柱表面形成的表面波,计算得到的射流轨迹、破碎长度和液滴空间分布均与文献中实验结果很好的吻合。直观表明表面波导致射流柱不稳定,射流袋式破碎液滴较大,剪切破碎液滴平均直径约为60μm,基于Gerris的高精度数值算法有助于进一步认识射流破碎机理和高效评估破碎效果。     

离心式喷嘴内部流动过程数值仿真分析

基于Coupled Level Set+VOF两相流计算方法,分别模拟了敞口型与收口型离心式喷嘴内部流动过程,可视化展示了喷嘴内部填充过程,分析了喷嘴内部的流动特性及其详细流场结构.捕捉到液膜表面波动和液膜表面内侧空气中的涡.结果表明:液膜表面波波谷内侧的空气中有涡存在,涡心连线处在轴向速度零速线上;喷嘴出口截面的轴向速度和切向速度具有明显的分区流动特征.液膜表面波的波谷-波峰和气体中的涡存在挤压与被挤压的相互作用,它们之间通过相界面变形传递这种气液间相互作用.另外,将外喷雾场的计算结果与实验结果对比,两者吻合较好,间接验证了内流场计算结果的准确性.     

基于AMESim的直动式电磁阀动态仿真研究

介绍了直动式电磁阀的结构和工作原理,利用AMESim仿真软件,建立了基于AMESim的直动式电磁阀动态仿真模型,并进行了仿真,研究了软磁材料、励磁电压、等参数对直动式电磁阀动态响应的影响。仿真分析与试验验证比较表明,该AMESim模型较为准确地描述了电磁阀的动态特性。     

发动机耐用性预估的通用方法

重复使用性是先进的运载火箭的一个基本要求。液体火箭发动机寿命预估已成为这些系统研制的主要问题。本文论述了发动机随工况、飞行次数和工作时间变化的酎用性预估方法。该方法的主要依据是研制试验的失效数据或非失效组件的结构分析。该方法可用于评估发动机寿命和功率权衡,并且评估提高寿命的改进措施。     

液氧/煤油富氧预燃室的理论分析和试验研究

通过数值计算, 分析了富氧预燃室喷注单元的结构设计及其对燃烧的影响, 并使用具有三个喷注单元的缩尺预燃室, 对液氧／煤油的富氧燃烧进行了试验评价。数值计算和试验表明, 燃气温度的均匀性与燃烧室长度有关; 对带缩进长度和二次喷注的喷注单元, 应合理地选择缩进长度及缩进室的混合比; 富氧预燃室能正常可靠地点火和工作, 能满足大范围推力调节的要求。     

无积炭富燃煤油三组元预燃室的研制情况

为可重复使用运载火箭和单级入轨而设计的三组元发动机的关键性论证计划作为化学自动化设计局、空气喷气公司和马歇尔空间飞行中心的国际合作尝试正在进行之是。由俄罗斯化学自动化设计局设计和制造并经过飞行鉴定的 RD—0120液氧液氢火箭发动机是三组元发动机研制的基础。现有的富燃双组元预燃室被一个单独的预燃室所取代,该预燃室在单级入轨助推飞行期间,将用三组元(煤油、氢和氧)模式工作,在飞行其余时间,将用双组元(氢和氧)模式工作。可重复使用富燃三组元发动机的最关键设计和可操作性的问题之一是预燃室产生积炭的可能性。化学自动化设计局以前的分析和试验研究表明,将氢加到氧/煤油预燃室里,燃烧过程中会防止积炭的形成。在俄罗斯化学自动化设计局进行的单个模型预燃室的试验已经证实这个概念是正确的。两个不同的喷注器改型已经得出结果:在额定工况工作时,三组元燃烧生成物中无积炭。积炭是在偏离额定工况下产生的,试验表明无积炭工作有一定范围。本文就无积炭工作的单个模型三组元预燃室至今进行的试验进行了报导。     

基于树形自适应网格的旋流液膜雾化过程仿真

为实现旋流液膜雾化过程的数值精确求解,基于Gerris采用的自适应网格技术和VOF方法,建立了一种模拟旋流液膜雾化过程的数值方法,分析了雾化破碎过程及三维雾场特征。研究结果表明:Gerris能够逼真地展示旋流液膜破碎成液丝、液丝进一步破碎成液滴全过程的细节特征,雾化破碎过程图像与实验拍摄的基本吻合;通过统计分析计算的带旋转速度的直射流雾化过程全场液滴粒径空间分布,与文献中实验测量值也吻合较好,分布曲线峰值对应的液滴直径的差值为1.8μm,相对误差为13.8%,表明建立的计算方法具有较高的准确性。另外,通过对旋流液膜破碎过程的精细仿真,对其有了更清楚的认识,液膜雾化过程中存在二次雾化现象,液丝在运动过程中受到气体力和表面张力的作用,开始断裂形成大液滴或液团,随着进一步运动收缩破碎成小液滴,液滴形状渐渐由不规则的柱形变成类球形。带旋转速度的直射流和空心旋流式锥形液膜的液滴空间分布存在不同,前者液滴在锥形区域内都有分布,而后者液滴只分布在锥形液膜两侧的环形区域。     

氢/氧燃烧室的传热特性

再生冷却火箭燃烧室传热特性的预估是高性能火箭发动机设计工作中最重要和最富挑战的任务之一.当发动机要求多次使用和几小时的寿命时,这项工作就显得更有意义。这篇报告总结了 DASA 从那时起直到现在根据他们燃烧室研制计划中得到的有用的数据对热流预估程序进行的不断改进和验证。DASA 传热预估程序现在很适合于室压3～20MPa,推力50～1000kN 的液氢液氧燃烧室的设计。不过,在重复使用运载器的领域及一般趋向于更经济的空间运载器系统设计的新方案中将要求寿命预估更可靠,因此,也需进一步改进传热预估。