航天器推进系统水击及其抑制方法

针对航天器推进系统充填和关机过程水击这一动力学问题,基于已建立的航天器推进系统仿真模型,开展了某型推进系统的仿真研究,并重点分析了节流孔、弯管对推进剂供应管路水击的抑制作用.研究结果表明:①在推进系统充填和关机过程中,其不同位置均出现了明显的水击现象,充填过程水击频率较低,而关机过程水击频率较高,关机过程的水击峰值压力显著高于充填过程;②节流孔可显著削弱充填过程中的压力和流量振荡,关机过程的水击需要由较小的节流孔才能有效抑制;③弯管可明显削弱充填过程中的压力和流量振荡,对流量振荡的抑制效果尤为显著,但弯管对关机过程水击的抑制效果不明显.      

空间发动机系统关机过程水击现象理论分析

对空间发动机系统关机过程进行了数值仿真分析,讨论了关机过程中系统管路内的水击现象,以及多推力室发动机系统工作状态、阀门响应特性等因素对水击现象的影响。     

管道加油车加油过程水击压力分析

飞机管道加油车，具有操作简单、加油迅速、快速灵活等特点，极大的提高了油料保障效益。在油料快速保障中发挥了重要作用。但在一些场站使用中存在较大的水击压力．常常造成车上仪表的损坏。本文根据管道加油车加油过程中水击压力计算模型，估计了影响水击压力的因素和相对大小，为管道加油车的使用和改进提供参考。     

推进剂供应管路充填过程研究

对预充气体和近真空的管道充填过程进行了研究，考虑流体可压缩性和管壁的弹性，以统一的方程形式处理液体和气体的流动；采用带插值的特征线有限差分方法进行数值计算，较好地描述了充填过程中的瞬变特性和水击现象。     

航天器推进系统管路充填过程动态特性(Ⅱ)实验模拟与结果评估

针对某一具有工程背景的卫星推进系统,建立了一个包括抽真空设备的实验模拟系统,以水为介质进行真空充填过程实验研究,结果表明充填过程中存在较强水击;利用数学模型对实验室系统充填过程进行仿真,计算结果与实验测量值吻合,表明模型仿真是可靠的。     

预存气体闭端管路的充填水击研究

为提升补燃循环发动机仿真平台的分布参数计算能力,针对常温液体充填预存气体闭端管路的水击现象,本文使用Modelica语言基于MWorks平台建立了一维有限体积的管路充填模型,并分别使用该模型和集中参数模型对现有文献中的充填水击实验进行了仿真模拟,结果表明：对于预存气体0.1MPa的工况下,一维有限体积模型与集中参数模型对实验的模拟度均较为接近;而在管路接近真空的工况下,一维有限体积模型的计算结果与实验数据吻合度很高,集中参数模型误差则高达76%左右。在不同预存气体压力下的计算结果表明：在管路刚度一定的条件下,预存气体压力0.1MPa以下时,气体的压缩缓冲作用是充填过程中水击压力峰值得到减弱的主要原因;在预存气体压力0.1MPa以上时,气体的缓冲作用与充填流量的减小共同导致了充填水击压力峰值的减弱。对不同弹性管路的计算表明：在闭端管路的充填过程中,管壁弹性对近真空管路的影响相对较大,对预存气体压力较大的管路几乎没有影响。     

航天器推进系统发动机动态特性研究

以一维流体瞬变理论为基础,采用特征线有限差分格式,编制航天器推进系统液体推进剂火箭发动机动态过程的通用仿真软件,并对某多台发动机系统的动态特性进行研究。结果表明,该模型较好地描述了系统瞬变特性和水击现象,所开发的软件可方便进行其它推进系统的分析,为发动机系统设计和优化提供指导。      

Chebyshev超谱粘性法在推进剂供应管路非定常流动分析中的应用

基于一维管道瞬变流理论和数值谱方法,给出了求解推进剂供应系统管路内液体非定常流动控制方程的Chebyshev超谱粘性法。与常规谱方法相比,该方法有效地克服了由于解的间断或大梯度变化而发生的非物理振荡现象,而且在一定程度上加快了收敛速度,提高了计算效率。以一段两端分别连接贮箱和阀门的等截面圆直管为例,利用该方法对阀门关闭后管道内水击现象进行了计算,给出了相应的水击压力仿真结果,并分别与采用特征线方法和传统谱方法求得的结果进行了对比分析,验证了方法的正确性和优越性。     

卫星推进系统真空充填过程数值仿真

以一维管道瞬变流理论为基础, 利用特征线有限差分法, 建立空间推进系统部件流体动力学模型和液头充填的计算模型, 瞬变管流运动方程摩擦阻力采用平均摩擦损失模型和动态摩擦损失模型, 考虑溶入气体后管流声速的变化, 对某卫星推进系统管路充填过程进行计算.与实验结果对比表明:计算模型较好地描述了发动机充填过程中的管路水击和管流振荡现象, 可为其它推进系统管路充填流动瞬变特性分析提供指导.      

航天器推进系统管路充填过程动态特性(Ⅰ)理论模型与仿真结果

研究了航天器推进系统管路充填过程动态模型与计算方法。以一维管道瞬变流理论为基础,采用瞬变管流湍流频率相关摩擦损失模型计算管壁摩擦流阻,构造了管路分支流阻计算模型,孝虑了液流撞壁后的蒸汽泡团释出与崩溃现象。数值计算采用特征线方法,仿真结果表明计算模型较好地描述了充填过程中的水击和管流振荡现象。     

发动机机匣弧面不规则管路的布局参数多目标优化设计

管路布局优化是降低发动机管路振动应力的重要手段,提出了一种发动机机匣弧面上不规则管路布局参数的多目标优化设计方法。从发动机机匣弧面的U形管路出发,建立了具有复杂布局走向的不规则单管路的参数化建模方法。分析了布局参数对管路的危险固有频率、多点激励响应的灵敏度。综合考虑错频和最大响应等多个目标,采用多目标遗传优化算法,对不规则管路的布局参数实施了优化设计。结果表明:管形布局优化设计效果显著,错开了两个危险固有频率禁带;管路结构在相同激励下最大位移幅值下降约35%,最大应力幅值下降近50%,为发动机管路的振动控制和动力学正向设计提供了参考。      

基于参数化的航空发动机管路调频方法研究

运用有限元方法,通过计算机仿真,分析了航空发动机复杂管路系统的结构振动,得到了管路固有频率分布状况以及直观的振型特征;基于管路的结构特点,对管路进行了结构模式的分类,根据每种结构模武选取了影响管路动态特性的主要结构参数,并分析了其影响规律.实际应用验证了该调频方法的有效性.     

基于点云数据的发动机管路最小间距计算方案

为检测整机发动机管路是否满足最小间距的设计要求,提出了一种基于点云数据的发动机管路最小间距计算方案,方案包含5个步骤:①从点云数据中划分出不同管路的数据;②基于管路点云数据的空间分布构造等间隔栅格,计算栅格中心点作为管路的趋势线数据;③在管路各趋势线数据点位置上构造垂直平面,将管路点云数据投影到最近的垂直平面上,获得各个垂直平面上呈圆弧状分布的投影点数据;④对各垂直平面上的投影点数据进行最小二乘圆拟合,得到拟合圆圆心及其半径值,将拟合圆圆心作为管路中心线数据;⑤采用遍历法计算两条管路中心线数据的最小间距,中心线最小间距分别减去两条管路的半径值则得到两条管路的表面最小间距。通过12条管路验证了方案的准确度。实验结果表明:管路最小间距偏差在-0.35~0.46mm之间,管路半径偏差在-0.08~0.22mm之间。该方案的实施有助于管路间距数字化检测的实现,且方案的计算结果具有较好的鲁棒性。      

航空管路接头密封特性及流体温度影响

对多尺度有限元模拟开展管路接头密封特性研究。基于管接头各部件粗糙表面的实测数据,建立具有粗糙表面的管路接头密封区域多尺度模型,通过接头拧紧过程的模拟计算获得了接头密封状态和密封性能。研究结果表明:多尺寸模型可以真实反映出管路接头拧紧过程中的密封状态和特性变化规律,从而提高管路接头装配方法计算精度;另外,在接头拧紧过程中,管路与卡套结合处高应力区是通过两个高应力区域向四周扩散的,管路接头密封性能变化呈现线性变化,并且管路接头最佳装配状态需要达到特定装配位置,合理可靠的装配对管路接头使用尤为重要;同时,流体温度在允许范围内,对管路接头的密封特性有一定影响。      

运载火箭复杂管路随机性压力跳变机理及抑制

针对3种典型的管路随机性压力跳变现象,通过仿真分析,提出管路中的直角多通结构使管内流动具有非线性的流动多解特性,在特定扰动条件下,会产生多通内的大涡结构及沿分支管的螺旋流动,引起额外的流阻,并导致管路局部压力发生跳变,从机理上复现了复杂管路内的随机性压力跳变现象;在此基础上,提出了增加导流结构/隔板结构抑制多通内大涡流动的改进方案,并针对真实管路结构,开展了管路压力跳变现象的地面复现及抑制改进试验,试验结果表明:3种直角多通结构均存在流动多解特性,增加导流结构可有效消除管路中的随机性压力跳变现象。      

拉伸载荷下管路连接副的密封性分析

研究了航空发动机钛合金管路连接副在拉伸载荷下的密封性能.首先,建立了连接副的等效刚性模型, 分析其在拉伸载荷下的受力,研究了密封面的接触力随拉伸载荷的变化规律,从机理上分析了拉伸载荷下管路连接副的密封性.第二,建立了管路连接副在拉伸载荷下的多体弹性接触模型,并对其进行有限元分析.采用初始渗透接触法,实现连接副的预紧状态,在此基础上施加拉伸载荷,然后再进行有限元求解.同时,研究了连接副密封面的接触力、接触面积和接触应力随拉力的变化规律,从而定量地分析连接副的密封性.      

航空发动机外部管路调频方法研究

为了使航空发动机外部管路调频工作简化和效率提高,运用有限元方法、通过计算机仿真,对航空发动机外部管路模态进行计算分析,得到了卡箍约束位置对外部管路1阶固有频率的影响规律;引入管路等效长度和等效系数的概念,总结得到典型结构管路的管长等效系数值;综合卡箍约束位置对外部管路固有频率的影响规律、典型管路结构的管长等效系数和工程实际经验,归纳得到管路调频的一般工作步骤,用于指导管路调频工作,显著地提高了管路调频工作效率。     

基于实测频响函数反推管路卡箍支承刚度与阻尼

为了有效创建航空发动机管路系统动力学模型,需要获得动载荷作用下管路卡箍支承刚度及阻尼。提出一种基于实测频响函数(FRF)反推卡箍支承刚度及阻尼的方法。确定了针对单管路双卡箍支撑系统的反推辨识流程;利用自编有限元创建了该管路系统的动力学模型,并给出了求解频响函数的方法;进一步,提出了基于灵敏度的卡箍支承刚度和阻尼反推辨识算法;以典型管路卡箍为例,用所提出的方法辨识出了该卡箍的支承刚度和阻尼。将辨识值回带到理论模型中,发现仿真及实测固有频率及相对应的频响函数偏差均小于9%,从而证明了研发的辨识方法的合理性。另外,辨识结果也表明卡箍的刚度及阻尼具有频率依赖性,且水平及竖直方向存在差异。      

视频内窥镜技术在火箭管路上的应用

为检测火箭增压输送管路内表面缺陷,提高管路质量,开展了内窥镜技术在火箭管路内表面应用技术研究。介绍了内窥镜设备技术特点,内窥镜管路检测存在问题,设备探头选择和尺寸测量校准的工艺方法,对检测出的内表面缺陷类型进行归类总结,对难以定性的缺陷利用电镜和金相等技术进行微观分析。结果显示:采用视频内窥镜检测技术对火箭管路内表面进行检测时,应根据增压输送管路的内径尺寸优先选择直径较大的探头;采用标定缺陷对比法进行测量校准,其测量准确,现场检测适用性强;检测缺陷图像清晰,效果稳定,内表面缺陷类型定性准确,检测效果满足工艺要求。     

民机液压系统安全阀下游回油管路动态压力分析

针对民机液压系统中液压泵持续大流量输出导致安全阀开启后瞬时向回油管路泄压这种回油管路压力较高的典型场景,基于AMESim软件平台建立了安全阀下游回油管路动态压力分析模型,对一些可能影响安全阀下游回油管路动态压力的液压系统元件及参数进行了分析.仿真结果分析表明:液压系统中元件的液容和液阻效应可以降低回油管路动态压力峰值;...