结构动态特性仿真在液体火箭发动机中的应用

简要回顾了结构动态特性修改的原理,对某型号发动机涡轮泵转子系统自由-自由边界条件下的模态试验数据,在不同的点上加上弹性支撑模拟实际的边界条件,用结构动态特性修改方法进行仿真,仿真得出的结果与实际边界条件相吻合.并且得出了结构改进的方向.修改后的结果表明,该转子系统的动态特性对涡轮端弹性支撑的位置和刚性很敏感,如果设计不当,有可能使转子的一阶弯曲临界转速落入到工作转速范围内,从而导致同步或次同步振动,并引起结构的破坏.     

液氧/煤油补燃发动机低频频率特性研究

基于模块化层次化的建模技术,建立液氧/煤油补燃发动机的线性小扰动频率特性仿真模型.在建模过程中,重点考虑了绝热流动假设和熵波影响下的气路模型.依据交流流体网络理论,运用传递函数法分析了该型发动机的低频频率特性,为研究液体火箭的纵向耦合振动(POGO)及发动机动力学提供帮助.      

由转速判断涡轮盘行波谐振

为找出液体火箭发动机涡轮盘疲劳裂纹故障产生的原因,对包含燃气在冲击式涡轮腔内形成的旋转激励与盘行波模态耦合谐振在内的盘的各种可能的耦合谐振进行了分析研究。在其它耦合谐振的可能性被排除后,将前者作为研究重点,并给出发生此种行波谐振的危险耦合转速范围计算公式。对某发动机大量热试转速数据作了分析,给出判断此类耦合谐振的判断依据。     

一种耐高温的轻型喷管材料

纤维材料公司(FMI)已验证了加工轻型、抗氧化的用于卫星姿控系统的复合材料推力室的可行性。此部件的优点是减轻了系统重量、提高了有效载荷;由于较高的温度容限及较低的加工成本,使之成为一个更加简单、可靠且性能优良的系统。增强材料采用高强度、高弹性模量的碳纤维,基体材料为碳化硅。借助于轴向编织型坯的致密化过程加工碳纤维增强碳化硅基推力室。由化学气相渗透法(CVI)对编织部件进行致密化处理,最终密度约为2.1g/cc 及开口孔隙率为14%。致密的部件周向抗拉强度超过100MPa(15KSI)     

先进的轻型低成本复合材料辐射冷却燃烧室

在过去十年中,最高水平的小型辐射冷却液体推进剂燃烧室是由 Ultramet研制的铱/铼合金加工而成:铼壳体结构上具有铱抗氧化层。铱/铼的缺点在于其质量大,无论是铱,还是铼,其密度均超过21g/cm~3。若推力超过445N,燃烧室的质量是绝对不能接受的。在 NASA 的资助下,Ultramet 研制了一种用于加工铱/铼/碳—碳复合材料燃烧室的工艺方法,可提供与铱/铼具有相同的优良性能、密度小于3g/cm~3、可加工成任意结构形状而成本只有铱/铼的一半的燃烧室。这种燃烧室不仅达到了铱/铼合金燃烧室的性能指标,而且具有碳—碳复合材料的良好高温强度以及复合材料的质量小、成本低的特点。在不同的环境中采用铼试样进行了室温及高温拉伸试验以评估潜在的衬料组织扩散作用。通过快速热循环试样评估了复合材料结构的机械及热稳定性和相容性。由显微和谱分析技术分析了复合材料的显微组织和界面性态。由室温和高温破坏试验测试了复合材料的强度。已加工了两个原型燃烧室并采用 NTO/MMH 推进剂进行了热点火试验。     

简化雾化器下游喷雾特性及气相的相互作用

详尽研究了一个简化空气雾化器所产生的流场。此雾化器可在复合非涡流及涡流的空气流场中形成环状液膜。合成雾化产生的液滴尺寸及速度由二维多谱勒相位粒子分析仪测量。测量位置沿轴向由喷嘴到下游8mm 至150mm 范围内分布。采用激光测速仪测量了气相参数。同时也试验了此类型空气雾化器涡流对液滴运动的作用。结果表明雾化过程对气相作用显著。     

跷振(POGO)稳定性可靠性算法与参数分析

跷振(POGO)稳定性是航天运载器重要动力学问题之一。本文扼要介绍所提出的不稳定性跷振机理(通过自由—自由两质量块一弹簧—阻尼器系统来说明),跷振稳定性矩阵算法,单传判别法和估算法。通过算例分析指出这些方法的适用性。在讨论跷振稳定性分析中有关重要参数之后,还介绍跷振稳定性可靠性算法及其标准。     

液体火箭发动机涡轮泵耦合分析

为提高液体火箭发动机工作可靠性,防止灾难性故障发生,避免其涡轮泵旋转频率与燃气脉动频率耦合,对涡轮泵的激励传递途径进行建模分析研究得出了发生器燃气压力脉动是重要激励源的结论。通过构造涡轮盘旋转频率与激励的耦合准则,计算得到了发动机涡轮泵工作时存在的耦合转速区,并对发动机热试车耦合情况进行了分析验证并得到了一致结论。      

四机并联发动机低频动态特性分析

为了获得发动机结构的低频动态特性,采用有限元方法进行了液体火箭一级四机并联发动机(含机架)的计算模态分析。由于发动机为复杂的非对称结构,建模时按质量和刚度等效原则将推力室的夹层结构简化成单层板,其余结构大都按空间梁简化,通过改变材料密度保证了模型质量与发动机稳态工作时的质量一致。简化后的计算规模适中,既反映了结构的主要特征又不浪费计算机资源和时间。计算结果表明了四机并联发动机系统中有多阶轴向运动较大的模态值得注意,需避免它们和发动机的低频脉动及箭体的低频振动耦合。     

跷振(POGO)稳定性算法与估计

本文扼要介绍跷振(POGO)不稳定性机理,用矩阵法求解闭环、开环特征方程和开环传递函数的过程及判别跷振稳定性的方法。