流量调节器管路系统自激振荡特性研究

流量调节器管路系统在小流量大压降工况下会出现低频自激振荡现象.为了深入认识自激振荡产生机理,结合某稳流型流量调节器及管路系统,基于流量调节器弹簧振子动力学模型开展数值仿真研究.数值仿真得出自激振荡频率为94Hz,与发动机试验结果一致.分析了流量调节器结构参数对系统稳定性的影响作用,三角形滑阀节流口能够抑制管路系统自激振...     

流量调节器-管路系统频率特性及稳定性

针对某型流量调节器及管路系统,建立了描述其动态特性的频域分析模型,研究了系统在入口压力扰动下的频率响应特性以及系统的固有稳定性。结果表明系统响应的谐振频率反映了管路的声学特性,而调节器滑阀的作动,对谐振峰具有放大效果。通过分析系统在不同参数下的固有复频率,获得了系统稳定性边界随入口阻力的变化规律。当入口阻力由0向匹配阻力递增时,系统不稳定的区间不断缩小。当入口阻力超过某一值后,系统的不稳定区间消失。系统产生不稳定的机理是,在一定的频率范围内,流量调节器表现出负阻力特性,且当负阻力效果超过入口阻力耗散时,所在的频率范围就是系统的不稳定频率区间。若管路长度决定的系统固有振荡频率落入不稳定的频率区间内,则系统在此固有频率下产生不稳定。     

基于增量谐波平衡法的流量调节器非线性频率特性

针对多个状态变量、非线性关系复杂、方程刚性强的流量调节器系统,应用增量谐波平衡法研究了调节器在入口压力扰动下的强迫振荡问题,得到了系统周期解的解析表达式。通过与龙格库塔数值仿真结果相比较,验证了增量谐波平衡法应用于该系统的有效性,且计算量相对较小。进而在频域内探讨了流量调节器系统的非线性频响特性,结果表明,随着扰动振幅的增大,幅频响应在整个频率范围上都有所增大。计算结果可以用于评估线性化方法的误差范围。通过分析周期解的时均值与稳态值的差别,揭示了调节器受上游压力周期扰动时,其出口流量的时均值略低于稳态值的非线性特性。     

稳流型流量调节器动态响应特性研究

针对一种用于液体火箭发动机的稳流型流量调节器,在理论建模的基础上,对其动态响应特性进行了计算机仿真,得到了该型流量调节器的阶跃响应和幅频响应特性,并研究了调节器阻尼系数的选择对其阶跃响应和幅频响应特性的影响。     

推进剂组元比调节器动态特性的理论分析与实验研究

对推进剂组元比调节器的动态特性进行了理论分析和实验研究。用传递函数法和状态空间法建立了该调节器的数学模型,进行了理论分析和数学仿真研究,并做了有关的实验。综合理论分析和实验研究结果,绘出了计算该调节器频带宽度和稳态误差的近似公式。     

液体火箭发动机热试车启动中导流锥对燃气管路流动特性影响研究

双推力室液体火箭发动机启动过程中,若出现两支管流量分配不均等现象,极易引起点火失败,造成重大损失。因此,燃气管路分叉处内部流动特性和在分叉处布置导流锥对改善流动特性影响的研究具有重要意义。本文针对某双推力室液体火箭发动机热试车启动过程中的燃气管路,以试验数据作为边界条件,开展了瞬态流动数值仿真研究。结果表明,火箭发动机热试车启动过程中,燃气管路流动呈现出4个典型阶段,分别为点火前的平稳期、点火后的一次上升期、下降期和二次上升期。在启动过程中,无导流锥时,导流罩进口存在预旋回流区、一侧出口存在滞止回流区,导流罩与燃气支管衔接处内侧存在转弯回流区,三者相互作用是造成两支管间压力分布不对称及出口质量流量分配不平衡的主要原因;有导流锥时,预旋回流区被导流锥约束而缩小,滞止回流区消失。有导流锥与无导流锥时相比,在启动过程中约0.2 s与0.6 s时刻,两支管对称测点压差均值分别降低约80.0%与80.0%,两支管出口质量流量差值分别降低约55.0%与80.8%。导流锥有效改善了流动特性,使得两支管压力分布的对称性提高,流量分配平衡性增强。导流锥对双推力室液体火箭发动机稳定性提高有重要作用。     

液体火箭发动机供应系统频率特性

为了研究减少液体火箭发动机供应系统振荡的有效工程措施,对模型系统与真实系统建立适用于中高频分析的线性化复频域传递函数矩阵模型,结合节流圈阻抗与管路特征阻抗对比方法,分析系统流路在出口压力激励下的频率特性。结果表明：激励源端可能产生谐振频率偏移效应,应选取非激励源端的幅频响应来判断系统谐振频率;节流圈具有较强的频率选择性和对表现出反谐振特征的系统具有位置选择性,需重视关注的频率与位置;节流圈位置越靠近流量振型波腹,或流量波腹位置处的节流圈压降越大,对流路中振荡衰减作用越大。针对该液体火箭发动机供应系统,缩短液氧路管长0.1 m,增大煤油路管长0.05 m,并调整节流圈压降分配,可有效减小供应系统振荡。     

火箭推进系统充液管路的流固耦合动响应分析

针对大型运载火箭推进系统中的液氧供应管路,建立流固耦合作用的模型,开展了动响应分析研究.在二维平面管系中同时分析纵向和横向振动及其相互作用,并考虑泊松耦合和连接耦合的影响,对火箭贮箱出口的充液管段模型进行了计算.结果表明:相对于经典水锤理论,考虑纵向横向振动的充液管路的流固耦合动响应形式相对复杂,频率和幅值也有变化.该研究工作为下一步的管路试验和振动抑制研究提供了参考.      

液体火箭发动机音叉式涡轮叶盘振动特性研究 (液体火箭推进专刊)

某液体火箭发动机采用整体叶盘音叉式涡轮转子,该转子盘-轴根部圆角试车考核中曾多次出现裂纹故障。为推断裂纹产生原因,通过数值计算及模态实验获取了该转子受力状态、振型、阻尼比等结构振动特性。结合振动信号分析,将裂纹故障原因聚焦到叶盘的二节径型振动。通过高频速变压力测量,得到涡轮流场内压力脉动数据,间接获取了该转子工作状态下的振动特性。试验表明被测涡轮转子流场通道内,分频幅值最大压力脉动对应涡轮转子2节径前行波振动,幅值约为11KPa。分析确定涡轮叶盘二节径振动是故障产生的主要原因。     

液体火箭发动机用小直径管路焊接疲劳分析方法研究

为了简化焊接圆管的随机振动疲劳计算,通过理论推导和仿真对比证明了焊接疲劳分析中\"结构应力法\"所指的结构应力实质同材料力学计算的名义应力是一致的,并以此提出了一种快速开展设计和分析的简化方法,不依赖于FE-Safe软件,且发挥了梁单元模型的效率优势.另外,基于梁单元模型的随机振动计算结果对减震卡箍多方案布置对结构焊接疲劳...     

90°圆截面弯管内三维紊流场实验研究

用CTA热线风速仪和五孔探针, 对一曲率直径比R_c/D=0.87, 直径D=280mm的90°圆截面弯管内部三维紊流流场进行了详细测量和分析。给出了不同雷诺数下弯管内不同截面上时均速度场、紊流动能、总压及静压沿曲率半径方向的分布。      

幂律型凝胶推进剂管路中的流动特性

为研究幂律型凝胶推进剂在管路中的流动特性,对直径4~14 mm,长度0.5~2.0 m的一组直圆管和直径6 mm,弯角20°~90,°弯曲半径比1~5的一组弯管,在1~30 m/s的流速下,用3种模拟液进行了实验和仿真。对收缩角10°~50°,收缩比3~1.5的收缩和扩张管,在流速1~30m/s的范围内,用模拟液进行了仿真。结果表明,其它条件相同时,管长、弯角、流速和收缩比增加,流动损失增加;凝胶推进剂在管路中呈\"柱塞\"形流动,其特性取决于流速、流变指数和稠度系数;管壁附近的剪切速率最大,表观粘度最小;弯管内侧剪切速率小于外侧剪切速率;收缩型截面中,剪切速率逐步增大,粘度逐步降低;突缩和突扩截面存在低速回流区。     

氢氧发动机气液同轴式喷嘴流量特性研究

从实验和理论两个方面对氢氧发动机气液同轴式喷嘴的流量特性进行了研究。通过冷流实验测量了具有不同喷嘴缩进比的气液同轴式喷嘴流量随气液喷注压降的变化规律,考察了喷嘴内气液相互作用对喷嘴流量特性的影响,结果表明,气液相互作用对喷嘴气液流量都有一定影响,并且喷嘴缩进比愈大,影响也愈大。同时还提出了一个简化的气液同轴式喷嘴流量计算模型。理论与实验结果的比较证明了模型的合理性和可用性     

节流通道振动对流动振荡的数值模拟研究

在由于超燃冲压发动机空间狭小,经常通过测量节流结构的压差来反算燃料流量。然而,我们在实验中发现渐缩渐扩结构通道在振动环境中会引起燃料的流动振荡现象,具体体现在喉部两端压差发生周期性变化,导致流量测量出现偏差,甚至会导致传热恶化和结构的损坏。为了了解流动振荡的机制,我们建立了渐缩渐扩通道的三维模型,并通过实验数据进行了验证。本文分析了振动环境下渐缩渐扩通道中流体动力学特性,研究了不同条件下稳定流场和非稳定流场,分析了雷诺数和振动强度对流动振荡的影响。研究表明,管道振动方向和流动方向一致时,导致流动分离区域和主流区域周期性的运动,从而导致流动振荡现象。流体雷诺数、振动强度和振动频率会影响流动分离区域的运动,从而影响到流动振荡。本文解释了振动环境下的渐缩渐扩管道的流动振荡现象,为流量计的设计提够了理论指导。     

节流通道振动对碳氢燃料不稳定流动的影响研究

通过实验发现振动的节流通道会引起碳氢燃料的不稳定流动现象。为了探究节流通道振动引发碳氢燃料不稳定流动的机理,采用数值求解三维Reynold-Averaged Navier-Stokes（RANS）方程和k-ω湍流模型的方法研究了节流通道振动对流场动态特性的影响,重点关注节流通道振动对扩张结构附近流动分离的动态特性的影响。数值模拟节流结构两端压差与实验数据对比,验证了所采用的数值方法和湍流模型的有效性。结果表明,当燃油流动方向和节流通道振动方向一致时,会发生不稳定流动现象。当燃油流动方向和节流通道振动方向垂直时,不会发生不稳定流动现象。通过流场的动态分析,发现振动方向与流动方向一致时扩张结构附近非定常涡会发生轴向的周期性运动,从而导致了不稳定流动的现象。振动速度越大,不稳定流动程度越大。