液氧/煤油发动机涡轮吹风用燃气发生器研制

简要介绍了用于液氧/煤油发动机涡轮吹风试验系统的燃气发生器的研制,通过对该燃气发生器的工作原理、参数等的分析、计算,确定了该燃气发生器的结构,进行了喷嘴流量、雾化试验和发生器的热调试,满足了试验系统的最大流量要求,为液氧/煤油发动机涡轮泵的研制提供了保障,表明该燃气发生器的研制是成功的.     

补燃发动机完全自身起动过程富氧燃气温度控制

为了防止富氧补燃循环发动机在完全自身起动过程中出现烧蚀情况,需要研究降低发生器富氧燃气温度峰值的方法。利用成熟的发动机组件数学模型,建立了发动机完全自身起动过程动态仿真模型,并通过试验数据验证了仿真模型的合理性。基于计算结果,分析了起动过程中发生器富氧燃气温度的变化过程,进一步分析了产生3个温度极大值的原因。通过仿真研究,分析了不同起动参数对富氧燃气温度峰值的影响。结果表明:提高发生器氧化剂流量和减缓发生器燃料流量增速可以降低富氧燃气温度峰值,具体措施有提高氧化剂贮箱压力、减小供应管路长度、提高副路转级阀的作动压力和减小其转级速率。     

固体火箭冲压发动机燃气流量调节的负调现象

研究了可变流量固体火箭冲压发动机所存在的燃气流量负调现象,分析了负调现象产生的机理是由于燃气发生器压强的变化过程滞后于喷嘴面积的变化过程。基于燃气发生器动态工作模型,以某型固体火箭冲压发动机为例,通过仿真分析研究了燃气发生器空腔容积和燃气阀门调节速度对负调过程的影响:当燃气发生器空腔长度为0.1 m、阀门调节时间分别为0 s和2 s时,对应的燃气负调量为82.6%和1.7%、响应时间为0.21 s和1.76 s;当燃气发生器空腔长度为0.8m、阀门调节时间分别为0 s和2 s时,对应的燃气负调量为82.6%和11.4%、响应时间为1.69 s和2.85 s。基于上述分析结果,还提出了减小固体火箭冲压发动机燃气流量负调程度的措施。     

固体火箭冲压发动机燃气发生器及燃气流量调节阀建模及仿真

研究了一种气动式的燃气流量调节阀,并建立了固体火箭冲压发动机燃气发生器和气动式燃气流量调节阀的数学模型及仿真模型,对燃气流量调节阀仿真模型进行了试验验证,动态误差和稳态误差都在5%以内。通过仿真获得了燃气发生器和燃气调节阀的动态响应特性。仿真结果表明,燃气调节系统开环响应速度较慢,并具有很强的非线性。     

金属/水反应冲压发动机三维内流场数值模拟

采用颗粒轨道模型进行了燃气发生器式金属/水反应冲压发动机补燃室两相流的数值模拟,建立了水冲压发动机补燃室反应流模型,并对某发动机进行了模拟,研究了一次进水时不同喷注位置和喷孔个数对铝颗粒燃烧效率和发动机性能的影响规律,得出了反应物和产物组分、温度等发动机参数的变化趋势。结果表明,存在使发动机性能达到较优的进水位置,一次进水以2孔对称分布为宜。模拟结果可为发动机设计提供参考。     

发动机起动燃气返腔仿真与影响分析

针对某液体火箭发动机在试车起动时出现的燃气发生器头部温度过高现象,建立了发动机起动时发生器及燃气系统内部流动的三维模型,通过Fluent流场计算对起动燃气路内流场进行了模拟和分析。从启动器起动0.65s定常流场计算结果与0～0.65s的瞬变流场计算结果中可以看出,火药启动器燃烧后的起动燃气沿倾斜的燃气入口进入燃气路,经内壁反射后冲入燃气发生器,燃气进入发生器头腔,造成了发生器头部温度过高。调节氧头腔氦吹除流量,进行起动的0.65s定常数值模拟。模拟结果表明,适当增大吹除流量是控制起动时发生器头部温度的一个行之有效的手段。再将燃气多通的燃气入口倾角改进为80°倾角和90°倾角,分别建立模型并进行了起动的0.65s定常数值模拟。模拟结果与原模型进行比较时发现,燃气入口倾角增大可以在一定程度上改变起动燃气路径,减少燃气返腔造成的头腔温度峰值过高的影响。     

液氧／丙烷燃气发生器试验研究

介绍液氧/丙烷为工质的燃气发生器试验研究的方案和结果.着重讨论该燃气发生器在压低混合比条件下点火、起动、积炭及性能等问题.试验证明,液氧/丙烷燃气发生器在较宽的混合比范围内能稳定地工作,积炭轻微.通过试验掌握了液氧/丙烷推进剂点火、起动技术,并获得了性能数据.为新型发动机的论证提供了依据.     

美国1988年开发的几项固体火箭新技术

固体火箭发动机被点燃后,其燃气流就无法调节.大西洋研究公司和赫克里斯公司通过把燃烧分成两个阶段来试图实现固体发动机燃气的调节.在它们的可变流导管火箭中,贫氧推进剂先在燃气发生器中部分燃烧,然后混入空气完成燃烧.再利用阀门控制富燃的燃气流向燃气发生器外排出,从而就控制了推力.     

蓝箭航天液氧甲烷发动机研制进展

探讨了国内外商业航天运载火箭及其发动机的发展情况,研究比较了液氧甲烷、液氧煤油和液氧液氢等推进剂组合,提出液氧甲烷是商业航天、未来可重复使用液体火箭发动机的发展方向和最佳选择。分析了液体火箭发动机推力选择的原则,确定了蓝箭航天液氧甲烷发动机的推力为80 t和8 t。比较了燃气发生器循环、补燃循环及膨胀循环等动力循环方式,选择了燃气发生器循环的技术方案。介绍了蓝箭航天两型液氧甲烷发动机的总体方案、性能指标、技术创新点、用途和研制情况。     

水冲压发动机原理性试验技术研究

从水冲压发动机的工作机理出发,提出了适合开展发动机原理性研究的燃气发生器式水冲压发动机的工作原理。结合铝镁贫氧推进剂、水冲压发动机试验测试系统设计等研究,完成了燃气发生器式水冲压原理性试验研究工作,获得了该工作形式下铝镁推进剂的燃烧性能,成功验证了水冲压发动机的工作原理可行性,为后续开展水冲压发动机的性能研究提供了丰富的试验数据。     

深度节流补燃循环发动机系统稳定性研究

补燃循环发动机深度节流过程中,系统参数大范围变化,低工况时喷注器压降和供应系统节流元件压降较低,容易出现推进剂供应系统与热力组件耦合的不稳定问题。针对10∶1深度节流富氧补燃循环发动机,通过Nyquist稳定性分析方法,对发动机全工况范围内泵后供应系统和燃气系统耦合稳定性进行仿真研究。结果表明:富氧补燃循环发动机燃料供应路与燃气路形成的闭环系统在低工况时,稳定裕度较低,改善燃气发生器喷雾燃烧效果以缩短时滞、增加燃气停留时间、在靠近燃气发生器位置增加供应系统压降能提高系统稳定裕度。     

阿里安5第一级发动机的初步方案

欧洲动力装置公司(SEP)是阿里安5运载火箭第一级HM60/Vulcain发动机的主承包商。目前,该公司即将结束Vulcain发动机的初步方案论证。 SEP将负责Vulcain发动机燃气发生器和液氢涡轮泵,意大利的菲亚特公司将负责     

用于单级人轨的塞式发动机动力循环选择

寿命周期费用分析再次表明:单级入轨可显著降低有效载荷入轨费用.因为没有分级的优势,那么单级入轨火箭就需要非常高的性能和轻的质量。在对可重复使用火箭进行结构分析的过程中,所进行的一项主要研究是动力循环的选择。在普通钟形喷管发动机中,采用的是高室压的补充加注循环如分级燃烧循环或混合式预燃室全流量循环。与燃气发生器循环相比,选择这些循环方式使质量增加,但是可接受的,且性能优于燃气发生嚣循环.在塞式结构中,必须把普通燃烧室的单一圆形喉部分割为许多小的喉部摆放在发动机的周边上.这种结构与普通的钟形喷管相比,需要从中心的涡轮机伸出较长的高压推进剂导管.在分级燃烧循环中,大部分推进剂进行不完全燃烧而且低密度高温燃气需要直径较大的导管.该导管增加的质量抵捎掉了补充加注循环增加比冲所带来的好处,这就促使选择燃气发生器循环.在此将作详细比较研究.     

后置燃气发生器的新型固冲发动机工作过程数值模拟

进行了后置燃气发生器的新型固体火箭冲压发动机直连式试验,并对实验演示用发动机补燃室三维内流场进行了数值模拟,将试验结果与数值模拟结果进行对比,验证了数值模拟的准确性。采用单因素比较分析的方法,研究了一次燃气喷射方式与补燃室长度对固冲发动机性能的影响。结果表明,一次燃气喷射角度为150°时的燃烧效率比60°时高14%,补燃室燃烧效率在一次燃气喷射角度为180°时达到最大值;8喷口的燃烧效率高于4喷口;补燃室长度增加,燃烧效率增大,补燃室长度为149 mm时的燃烧效率比99 mm仅高5%。     

法国研究未来的运载系统

减少乘员和载荷的LEO(低地球轨道)运载成本,是研制继“阿里安”5后的下一代空间运输系统的主要目标.如果整修费不太昂贵,那末最理想的方案是研制可回收运载工具.可回收系统由于需将额外的重量带进轨道用于再入,故其不确定性比一次性使用运载工具大.有效载荷只占总重的很小一部分,将增加不确定性.据此,CNES(法国全国空间研究中心)已开始调整对运载工具及其推进的基本研究.法国宇航公司对水平和垂直起飞、单级和两级结构,以及各种推进方式的各种可重复运载工具方案作了比较研究.AMD-BA对其他系统的研究旨在通过一项保守的计划,用已有的证明有效的数据建立数据库,通过参量研究评定各方案对技术的敏感性.SNECMA(法国国营飞机发动机研究制造公司)、SEP(欧洲动力装备公司)和ONERA(法国全国航空空间研究局)研究了各种组合发动机,以选出一种更理想的航天飞机推进系统.     

欧洲的伽利略卫星导航系统介绍

1999年欧洲委员会的报告对伽利略系统提出了两种星座选择方案:一是21+6方案,采用21颗中高轨道卫星加6颗地球同步轨道卫星。这种方案能基本满足欧洲的需求,但还要与美国的GPS系统和本地的差分增强系统相结合。二是36+9方案,采用36颗中高轨道卫星和9颗地球同步轨道卫星或只采用36颗中高轨道卫星。这一方案可在不依赖GPS系统的条件下满足欧洲的全部需求。该系统的地面部分将由正在实施的欧洲监控系统、轨道测控系统、时间同步系统和系统管理中心组成。为了降低全系统的投资,上述两个方案都没有被采用,其最终方案是:系统由轨道高度为23616km…     

法美联合实施Rustique计划

法美两国正在联合实施一项称为Rustique的先进火箭冲压发动机研究计划。法国将根据这一计划的结果来确定是否研制一种新的反辐射导弹以及是单独研制还是进行国际合作;美国可能将这项计划中得到的数据用于AIM-120先进中程空空导弹该火箭为“无喉道式”的,也就是固体火箭燃气发生器与冲压喷气发动机之间没有喉道。冲压喷气发动机利用火箭发动机的燃火自行点火。 在导弹飞行过程中,可以自动调整火箭发动机的燃气发生器性能以使冲压喷气发动机工作正     

双燃料地球入轨运载工具的火箭喷管膨胀比分析

可完全重复使用的地球入轨运载工具终将扩大现有运载工具如航天飞机的运载能力,甚至取而代之.我们已对两种运载工具进行了讨论.一种是单级运载工具,另一种是两级平行燃烧运载工具,它们在起飞时都同时采用烃和氢发动机,到达轨道前,烃发动机熄火,由氢发动机推进来爬升到轨道.在以前的研究中,航天飞机主发动机(SSME)是采用氢发动机和双位喷管,喷管膨胀比为40和150.     

燃气发生器氢腔均流改进设计及试验研究

为解决某型号液体火箭发动机燃气发生器热试车后氢腔内过滤网和骨架的破损问题,在不改变燃气发生器功能和性能、不影响发动机其它系统功能的前提下,设计了七种均流替代方案.采用Navies-Stokes方程数值模拟七种方案的氢腔内流动状态,计算分析了各种方案的氢喷嘴流量的均匀性,综合考虑承载能力,选定了一种有较好均流效果的均流环...     

燃气自增压混合火箭发动机特性及关键技术分析

针对燃气自增压混合火箭发动机,建立了性能计算模型,对该型发动机的比冲性能及推力调节性能进行了研究,并系统梳理了该型发动机存在的主要关键技术。计算结果表明,燃气混合火箭发动机具有比常规固体火箭发动机更高的比冲性能,其中氧化剂采用N2O时,可同时兼顾高比冲和高体积比冲的优势;相对于传统的固液混合火箭发动机,燃气混合火箭发动机的理论比冲略低,但具有更高的体积比冲;合理选用燃气发生器中推进剂的燃速压力指数,可确保推力调节过程中氧燃比不发生大幅变化。