液氧/煤油发动机起动箱仿真与试验研究

起动箱是保证液氧/煤油发动机可靠起动的重要组件。针对起动箱结构特点,采用胶囊材料Mooney-Revlin本构关系,建立起动箱三维模型,分析起动箱动作特性。仿真结果再现了起动箱工作过程,获得胶囊翻转压力为58 kPa。抽真空试验和计算表明,胶囊压力为50~60kPa时起动箱胶囊可自动复位,仿真结果与试验结果基本吻合。     

软金属密封结构密封性能数值仿真研究

针对液氧煤油发动机管路中广泛应用的软金属密封结构,采用单边接触模型和材料弹塑性模型相结合的方法,通过有限元软件Nastran隐式非线性模块对其进行数值仿真。得到并分析了结构应力、位移及接触应力等相关参数。结果表明,软金属密封结构在45 MPa内压下,结构强度满足使用要求,密封面接触应力大于300 MPa,密封安全系数大于1.67。     

发动机起动箱的研制

起动箱是为保证发动机平稳、可靠地起动和点火而研制的燃料贮箱.壳体采用新研制的材料,胶囊采用专用橡胶.该起动箱通过胶囊快速、平稳翻转,将燃料供入发动机管路,挤破点火导管,从而将点火剂挤入发生器和推力室,进行点火.在研制中,主要解决了起动箱的结构设计、翻转胶囊的研制和生产、球壳焊接时对胶囊的热影响及异种材料的焊接等关键技术问题.一台起动箱已通过了各种力学环境试验及性能试验的考核.     

先进发动机低泄漏、长寿命密封

汽轮机中气路间隙的密封使用金属纤维为基体的密封装置。压气机纤维金属摩擦环,是由杂乱排列的 Hastelloy X 合金纤细纤维烧结在一起的。纤维状金属密封件具有可研磨性、耐腐蚀性、泄漏控制和耐高温性。这种密封件用独特的成型、钎焊制造工艺加工成垫圈,再用机械加工的方法加工成型。陶瓷密封件由钎焊在一个基体上的沿金属纤维低膨胀率的物体制成,在它上面涂了一层具有磨损裕度的氧化锆热阻层。这个元件含有减小残余应力的陶瓷涂层,涂层具有良好的绝缘性能和工程性能。深层的工艺过程必须仔细加以控制。刷式密封为防止气体沿传动轴的轴向泄漏提供了一种有效的密封方法。陶瓷刷式密封件和密封试验装置正在研究中。     

单级入轨三组元发动机循环方案研究

最近,NASA 的空间运输研究计划评审了未来地球轨道运输要求和2030年之后运载工具的替换问题。三种可选择方案的基础是单级入轨(SSTO)飞行器。这项研究评审了 SSTO 采用新型先进的三组元发动机和氢/氧(H_2/O_2)发动机;确定了发动机的构型和研究方法;为研究发动机的性能还确定了发动机循环方式。目前已完成的工作有:确定各种循环方式的发动机质量,评审了各种循环方式涡轮泵装置的方案,以便进行材料的选择。最后给出了发动机的质量及涡轮的工作温度。     

长征五号运载火箭助推动力系统

长征五号是我国新一代大型运载火箭（代号CZ-5）,芯级捆绑四个助推器,每个助推器配置两台并联的液氧煤油高压补燃发动机。本文对国内外运载火箭的故障模式进行分析,结合CZ-5火箭首飞实际情况,提出了助推动力系统风险规避应采取的措施。针对CZ-5火箭助推级和芯一级发动机起动点火的特点,分析了CZ-5火箭首次发射中的异型发动机点火匹配特性。简述了YF-100系列液氧煤油发动机的研制历程、技术特征和热环境适应性,重点分析了发动机在可重复使用和大范围推力调节方面的潜力。对比了国内外液氧煤油补燃循环发动机的推重比性能,分析了不同发动机推重比对火箭运载能力的影响,总结了提高发动机性能的措施（如采用泵后摆技术、选用高强度轻质化材料等）。提出了新一代液氧煤油发动机必须在满足高可靠性的前提下,追求高性能、高推重比、降低成本和增强适应性的后续改进方向。