某型液体火箭发动机部分进气涡轮盘振动分析及改型设计

针对某液体火箭发动机部分进气自由叶片涡轮盘多次试车后在叶片型线根部和背弧出现疲劳裂纹的问题,采用三维弹塑性有限元法,考虑部分进气产生的Kick效应,计算了涡轮盘的静强度,得到了部分进气作用下叶片的静弯应力;考虑多场环境引起的预应力影响,计算了涡轮盘的模态,获得了涡轮盘固有频率和主振型;采用全环模型,计算了部分进气作用下涡轮盘的动态响应和动应力。在裂纹原因分析的基础上,对涡轮盘进行改型,在叶片顶部增加了围带,并对带围带涡轮盘进行了计算分析。结果表明：加围带后,涡轮盘叶片气流静应力下降了50■;气流力作用下的叶片动弯应力下降了65■;叶片之间以及叶片和轮盘之间耦合作用明显增强,涡轮盘固有振动模式发生转变,避免了叶片在共振频率附近发生的强迫振动;改型后显著降低了涡轮盘静应力及动弯应力,降低了出现裂纹的风险。     

液体火箭发动机涡轮盘低周疲劳寿命预测

涡轮是液体火箭发动机重要的能量转换部件,其工作可靠性将直接关系到发动机乃至航天运载器的安全性,因此迫切需要对涡轮盘的疲劳寿命进行准确预测.首先,进行涡轮全三维非定常气—热—固耦合分析,给出涡轮启停、稳定工作过程的压力、温度载荷;其次,在离心力、气动载荷和热负荷共同作用下进行弹塑性分析,获取涡轮在启动、关机瞬变过程及稳定...     

固体火箭发动机模态分析

应用有限元软件Marc建立了某空载固体火箭发动机的有限元模型,进行模态分析,得到了自由状态下的振动频率和振型,与试验结果吻合较好.200Hz以内,分析模型选用的发动机以呼吸振型为主,也出现了一阶弯曲振型.     

固体火箭发动机壳体振动特性分析

固体火箭振动特性的分析,无论是理论方法还是试验方法,都可归结为固体火箭发动机振动特性分析问题.本文采用4节点薄板壳单元有限元方法,计算了发动机壳体的固有振动特性,计算值与试验值相符较好.     

增材制造液体火箭发动机涡轮泵组件研究进展

增材制造技术作为一种通过逐层堆叠材料成型三维实体的先进制造工艺,为液体火箭发动机设计与制造的变革性发展提供了契机。涡轮泵组件作为液体火箭发动机的核心部件,采用增材制造不仅能降低制造成本、缩短研发周期,还能够实现液体动力的结构轻量化与集成化设计制造,形成液体动力的多材料一体化成型能力。总结了国内外涡轮泵组件常见的材料体系与制造工艺,分析了不同材料体系及制造工艺的优缺点及适用范围。具体综述了增材制造在液体火箭发动机涡轮泵的诱导轮、泵叶轮及涡轮盘三大关键组件的国内外研究与应用进展,典型案例包括：美国NASA采用增材制造研制了涡轮泵,研发周期缩短45%,并成功通过7次热试车验证;美国SpaceX公司利用增材制造实现了涡轮泵的结构轻量化与集成化设计;我国iSpace公司采用增材制造解决了涡轮盘因双级叶片间距过小或同层叶片密集排布导致的刀具干涉问题。最后,基于当前技术发展现状,展望了液体火箭发动机结构增材制造的未来发展方向。     

液体火箭发动机涡轮泵转子弯扭耦合振动研究

为获得转子振动特性,针对液体火箭发动机涡轮泵转子系统建立了其在密封流体激振作用下的弯扭耦合动力学模型。通过数值仿真和试验研究了涡轮泵转子系统弯扭耦合振动的动力学特性,结果显示在密封流体激励作用下弯扭耦合振动的非线性特性显著。还研究了偏心距对涡轮泵转子系统弯扭耦合振动的影响。本研究可为液体火箭发动机涡轮泵转子的结构设计、诊断与维护提供可靠信息。     

固体火箭发动机喷管模态分析

针对某固体发动机喷管结构,建立计算模型,给出了用大型特征值问题求解的子空间迭代法,并对某喷管整体结构进行了自由振动和模态分析,获得了该喷管模型的多阶自振频率和模态。分析结果与实测值吻合较好。     

液体火箭发动机振动故障特征信号提取方法

液体火箭发动机试验是一项高成本、高风险的工程,由于设计缺陷、零件加工误差、工作过程及机械连接结构的影响,导致试验过程发动机大振动现象的发生。基于发动机振动信号分析的状态监测与故障诊断方法是提高发动机可靠性和降低试验成本的重要手段。在给出液体火箭发动机振动故障诊断数学模型的基础上,详细介绍了发动机试验过程中7种特征信号提取方法,即:振幅特征提取、功率谱特征提取、频谱分析(谐频识别和边频识别)、突频特征提取、状态特征提取、小波特征提取和高阶谱特征提取,并结合发动机实际故障诊断方案,给出了发动机特征信号提取算法应用实例,通过发动机热试车验证了液体火箭发动机振动故障诊断的特征信号提取方法的正确性。     

固体火箭发动机模态分析中的推进剂建模研究

应用有限元软件Marc建立了某固体发动机有限元计算模型，对其中难以用有限元模型准确描述的推进剂，采用了两种简化建模方法。一种是仅仅考虑推进剂质量，忽略其刚度等属性，将推进剂简化为均匀附加在发动机壳体有限元模型节点上的集中质量；另一种是将推进剂作为几何实体，考虑其质量和刚度，建立推进剂实体模型。模态计算结果与试验比较表明：推进剂的壳体节点集中质量模型，能较好地模拟发动机的弯曲特性，由于忽略了推进剂刚度，对于呼吸振动特性的模拟不太理想；相比之下，推进剂的实体模型，由于同时考虑质量和刚度，对弯曲和呼吸振动特性的模拟较好一些。计算还表明，要逼近高阶振型，需要将推进剂弹性模量修正得更高一些。     

固体火箭发动机试验模态分析技术研究

将固体火箭发动机划分为144个自由度,采用锤击法,单点激励多点响应（SIMO）对其在4种工况下进行了频率响应的测量,应用了多种方法进行模态参数识别和数据拟合,并对其结果进行比较,获得了发动机在各工况1kHz以内的各阶固有频率、振型和阻尼,并对试验模态分析技术在固体火箭发动机试验中的应用进行了研究。     

涡轮性能实验研究

对液体火箭发动机主涡轮的性能试验进行了介绍。主要包括涡轮性能吹风试验系统的配置、模拟试验参数的选择、性能换算方法的确定和试验数据的处理方法。同时对热试车后涡轮性能的计算也作了介绍,并将热试结果与模拟试验结果进行了对比,肯定了模拟试验的正确性。最后就实际应用中的一些问题进行了分析。     

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。     

液体火箭发动机涡轮火药燃气供应系统性能研究

采用变燃面装药固体火箭发动机的“瞬时压强平衡法”和流量平衡的关系式,较准确地对涡轮喷嘴前火药燃气性能进行了计算,得到了涡轮喷嘴前火药燃气性能的各种参数,这些参数有助于对涡轮起动性能和发动机加速性的研究。     

液体火箭发动机涡轮壳体温度偏高原因研究

分析了液体火箭发动机001～003试车时发生器排气壳体和涡轮进排气壳体的温度变化情况。应用非稳态传热方法对实际结构仿真了003次试车时发生器在不同流量、不同效率时涡轮壳体温度的变化情况,得出了该次试车时涡轮壳体温度偏高的主要原因是发生器燃烧效率偏高。     

补燃发动机总体布局动态设计研究

基于经典的振动理论,结合现代的有限元分析方法,研究了补燃火箭发动机整机结构以及主要管路的固有频率和振型,进行了整机结构中的Y形管模态试验,并分析了真实发动机试车时的主导振动频率。结果表明,Y形管的计算固有频率和试验固有频率相符,振型一致;管路系统的固有频率高于发动机整机的固有频率;发动机试车时的主导振动频率与其固有特性不相耦合。模态计算和试验结果表明,该发动机总体布局结构在动态特性上是合理的。     

液体火箭发动机启动段振动信号的小波去噪

液体火箭发动机试验启动段的振动信号中包含有大量的噪声分量,通过小波变换的Mallat算法对振动信号进行去噪处理,并通过试车数据对采用的方法进行验证,取得了良好效果,显示了小波去噪在振动信号去噪领域的广泛应用前景。     

变推力液体火箭发动机中针栓喷注器研究综述

为总结变推力液体火箭发动机中针栓喷注器的研究成果和梳理未来的发展方向,本文综述了该领域的研究进展。首先介绍了针栓喷注器的基本概念和研究意义,然后从设计原理、工程研制、雾化特性和燃烧特性等方面介绍了针栓喷注器的研究历史和现状,最后展望了针栓喷注器的发展趋势及需要研究的一些科学问题。分析表明,液液针栓喷注器、气液针栓喷注器的雾化特性和燃烧特性都还需持续开展研究。雾化特性中特别需要关注的是雾化角、混合特性和下漏率,还要探索针栓喷注器在反压下的雾化特性。燃烧特性中需要深入研究温度分布、火焰结构和燃烧稳定性。     

微小型双组元姿控发动机技术研究

高性能微小型液体双组元姿控发动机具有冲量小、响应快、质量轻、尺寸小等特点,可为微小卫星等航天器实现在轨精确姿态控制,延长在轨工作寿命以及轻小型化等方面的应用提供技术基础.本文以5N微小型双组元液体火箭发动机为例,从微小型喷注器设计、微小型阀门设计、微小尺寸构件成型技术、热相容设计等方面,详细介绍了上海空间推进研究所在微小型双组元发动机设计及制备方面取得的进展和成果,提出了该项目的后续研制计划.