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。     

蓄压器对发动机试车液路固有频率影响分析

对某一发动机地面热试车液路固有频率及低频振动进行了分析.建立了集中参数模型,对地面试车时和飞行时的液路一阶、二阶纵向固有频率进行了计算.得出的结果与实际试验数据吻合.在计算分析的基础上,对发动机低频振动机理进行了分析.计算与分析表明：蓄压器参加发动机地面热试车会造成试车系统液路纵向固有频率的改变,由于改变了的液路纵向固有频率没有经过大量的实际试车考验,因而不能够排除引起低频耦合振动、并且导致试车故障的可能性.建议对于蓄压器参加发动机地面热试车应该慎重考虑.如果确实需要蓄压器参加发动机地面热试车,从安全角度出发,应该进行进一步的理论分析、试验工作.本文的数学模型对低频振动特性分析以及安全分析具有借鉴价值.     

两条流体力传递途径下涡轮泵壳体振动特性

液体火箭发动机涡轮泵内非定常流体力主要通过流体—壳体以及流体—转子—支承—壳体两条传递途径激励壳体发生振动,对发动机的安全可靠性造成威胁。为获得流体激励下涡轮泵壳体振动特性,建立了两条流体力传递途径下涡轮泵壳体振动响应定量预测方法,利用发动机热试车结果对预测方法的精度及可靠性进行了验证。在此基础上获得了不同途径下涡轮泵壳体的振动特性。结果表明:所建立的涡轮泵流体激励壳体振动预测方法能够较好地预测壳体振动响应主导频率及幅值,主频幅值误差小于13.85%;壳体的最大振动能量源自于泵内动静干涉非定常流动与壳体结构之间的相互作用;流体—壳体途径是涡轮泵流体激励壳体振动的主要来源,其引起的壳体振动响应幅值相比流体—转子—支承—壳体传递途径大2个量级以上。     

流量调节器在泵压式供应系统中的动力学特性

针对某型流量调节器及泵压式供应系统,建立了描述其动态特性的频域分析模型,研究系统在出口压力扰动下的频率响应特性以及系统的固有稳定性.结果表明调节器在系统中的位置对系统高频范围内的频率特性影响很大.当供应系统总压降保持一定,增大出口局部流阻的压降能降低系统的谐振峰.当出口局部阻力较小,管路长度比例合适时,系统能够出现自发的不稳定.出口局部阻力越低,系统的总管路长度越大,则系统稳定性越差,不稳定的管路长度比例区间就越大.系统产生不稳定的机理是,在合适的管路长度比例下,调节器第二道节流口所分成的两截管路的声学频率相匹配,且流量调节器处于固有频率的压力波腹,滑阀始终受到频率一致、较大幅值的脉动压力的作用,使得滑阀在固有频率下产生明显的随动响应,对系统形成正反馈.在系统的阻尼耗散作用不足时,形成了耦合的不稳定系统.     

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。     

泵-管路系统的汽蚀自激振荡特性分析

在带诱导轮离心泵试验中,当泵流量很小时,泵进出口压力均出现了幅值未发生衰减的低频振荡,这与高速离心泵的频率特征形成对比,表明泵-管路系统内发生了自激振荡。泵在小流量下工作时,会出现与主流区强烈作用的回流区,该反向回流在诱导轮叶片工作面上形成漩涡并随诱导轮一起旋转,引起主流液体的静压降低及空泡体积的周期性变化,由此产生了汽蚀自激振荡。利用空泡动力学模型对低频汽蚀自激振荡特性进行计算,得到了带诱导轮离心泵-管路系统的振荡频率、进口压力及流量的动态特性、流量-进口压力极限环等。结果表明,计算的汽蚀自激振荡特性与试验值接近,汽蚀自激振荡数学模型合理可行;泵转速及进口管长度越小,泵进口压力和流量越大,汽蚀自激振荡的频率就越大。     

压力管道流固耦合振动特性分析

压力管道系统中存在流体和结构之间的耦合振动。因此,在研究压力管道的动态特性时,应考虑管内流体对管道结构动态特性的影响。本文以某动力系统空间管路为研究对象,采用Galerkin法对导管-流体组成的耦合系统进行有限元离散,建立耦合系统控制方程。在此基础上,用考虑初应力刚度的有限元法,对导管充压前、后的振动特性进行了数值计算,详细分析了流固耦合作用对导管结构振动特性的影响,并与试验结果进行了比较分析。结果表明,流固耦合作用对导管模态振型的影响很小,但对导管各阶固有频率有不同程度的影响。     

液氧煤油发动机单向阀自激振荡特性

针对液氧煤油发动机系统中液氧单向阀流路在某次试车中出现的振动问题,建立了单向阀流路工作过程的数学模型,提出了求解推进剂管路瞬变流控制方程的Fourier谱方法;基于新的面向对象Modelica语言,搭建起了液氧单向阀流路瞬态特性研究的模块化仿真模型,并进行了仿真计算.通过对阀前压力添加阶跃扰动的方法实现液氧单向阀阀芯打...     

SSME实时振动监测系统在先进发动机健康管理中的应用

介绍了由马歇尔太空飞行中心(MSFC)开发的实时振动监测系统(RTVMS)的工作能力,该系统用于航天飞机主发动机(SSME)高速涡轮泵振动分析和减轻破坏。在斯坦尼斯太空中心(SSC)的 SSME 静态试车中正在使用 RTVMS 系统,表明已具有了在发动机工作过程中进行实时振动分析和健康监测的能力。由这些数据可评估高速运转的涡轮泵主要健康指标的离散谱信号,以减缓潜在的灾难性破坏。监测潜在故障的指标可使 SSME 项目能够开发一种基于振动分析的数字化发动机健康监测系统,从而在航天飞机飞行计划历史上首次实现了一种发动机高压涡轮泵振动飞行红线预警。     

介质载荷对输送管路振动响应的影响

航天器推进剂的输送管路在飞行过程中承受了低温、内压及振动等复合载荷的作用,因此对管路的结构疲劳及振动特性的分析研究是航天器研制阶段的重点之一。为了研究多种介质载荷综合施加的影响,文章分析了无介质载荷、内压载荷、低温-内压-附加质量综合介质载荷等3种条件下输送管路结构的振动响应特性,获得了3种介质载荷对薄壁轻质管路的影响规律,便于指导开展以后的航天器输送管路地面验证试验。     

面向在轨靠泊加注的管路力学分析与优化设计

面向在轨伸出式靠泊加注任务,针对对接过程中加注管路因同步外伸而产生附加力的问题,提出了一种偏置椭圆螺旋构型的加注管路。首先,推导了管路的轴向刚度和应力数学表达式,通过有限元仿真和实验校验了上述两个表达式的准确性。之后,将偏置椭圆螺旋管路与其他三种适用管路在同一设计空间下分别进行了基于最小轴向刚度的构型优化设计,得到了上述四种管路各自的最优构型与最小附加力,形成了该类在轨加注螺旋管路的完整设计方法。与仿真和实验结果对比,所推导的管路轴向刚度与应力数学表达式的相对误差均小于5%,可用于该类管路的设计分析。与无偏圆螺旋管路相比,所提出的偏置椭圆螺旋管路将靠泊加注对接过程中的管路附加力降低了约83.5%,更适用于在轨靠泊加注任务。     

输油管道泄漏自动检测装置的研制

介绍一种基于软件的管道泄漏自动检测装置 ,通过检测压力、流量、温度等的变化来判断泄漏是否发生及发生泄漏的位置。该装置具有适应性广、安装简单等优点。     

六自由度振动台台体结构优化设计研究

在应用六自由度振动台进行高频振动测试试验时,若台体结构被激发产生共振,则会影响测试结果的准确性。为保证台体的共振频率在工作频带之外,同时使台体重量更轻,文章提出基于二级多点逼近算法的六自由度振动台台体结构优化方法。首先建立台体结构的有限元模型,并根据实际应用工况确定台体连接面法向位移约束的边界条件,以壳、梁单元的截面尺寸和外形半径大小为设计变量,建立以台体结构一阶固有频率和静强度为约束、质量最小为目标的模型。然后,利用二级多点逼近算法对模型进行尺寸优化,并以人机交互的方式实现外形半径的优化,得到满足约束条件的优化解。最后依据优化结果设计与制造出台体结构,并完成台体样机。该台体结构实现了轻量化设计要求并应用于振动试验,验证了该结构优化方法的有效性。     

火箭增压管路多点随机激励试验技术研究

文章介绍了一种改进的管路试验方法——多点随机激励试验技术。根据管路自身的特点,该方法可以更加真实地模拟管路的工作环境。通过试验获得了在不同相干和相位条件下管路动态响应的变化规律。结果表明:相位和相干都可以改变管路动态响应,这可为管路多点振动试验条件的设计或选取提供依据。     

卫星AIT阶段推进系统压力参数处理方法

在双组元推进系统管路中,高压气路、氧路、燃路分别装有一个压力传感器,通过压力传感器的遥测参数获取相应管路中压力情况。文章以某双组元卫星为例给出整星装配、总装与测试（AIT）阶段卫星推进系统压力参数处理方法,为卫星压力参数的纵向数据比对提供判读依据。通过该方法可以间接检查相应管路的气密性。     

动力冗余液体捆绑火箭的POGO稳定性分析

针对动力冗余和交叉输送技术向液体捆绑火箭的POGO振动稳定性分析提出的新任务,考虑独立工作(模式l)、一台助推发动机故障助推贮箱向芯级发动机供给推进剂(模式2)和两助推器同时向芯级发动机供给推进剂(模式3)三种工作模式,利用改进的Rubin方法分别建立液体捆绑火箭POGO稳定性的分析模型.数值计算分析表明,模式1和3下...     

水击问题的Fourier谱方法计算

给出了推进剂供应系统管路内流体瞬变流动的数学模型,提出了采用Fourier谱方法求解瞬变流非线性偏微分方程的新方法。以一段两端分别连接贮箱和阀的直管道为例,利用该方法对阀门关闭后管道中形成的水击和压力振荡特性进行了求解,给出了相应的仿真结果,与已发表的采用特征线法和有限元法求解结果进行了比较。对数值计算中的非物理振荡问题进行了讨论。     

航天器管路数字化制造技术与实践

文章介绍了航天器管路实现全过程数字化制造的解决方案,对管路坐标转换及数据提取、数控弯管及回弹补偿的仿真、装配仿真和管路快速检测等关键技术进行了分析,并提出了具体的解决方案。结合航天器管路研制需求,将管路数字化制造技术应用于实践,实现了管路生产不再依赖安装现场取样,航天器管路生产与总装分离,管路以产品化形式交付。     

冷气发动机系统动态特性仿真研究

采用模块化建模方法,将冷气发动机划分为减压阀、管路、容腔和喷嘴等模块,建立了发动机系统模块化数学模型。对发动机启动过程和脉冲工作状态下的响应特性进行了仿真研究,仿真结果与试车结果相吻合,验证了所建立的数学模型的正确性。仿真计算结果还表明：安全阀的开启性能和减压阀动作的灵活性等都是影响冷气发动机动态响应特性的主要因素。提出了改进发动机工作性能及可靠性的措施。     

气驱预压涡轮泵对发动机液氧路频率特性影响

液氧/煤油补燃循环发动机液氧路频率特性对于火箭POGO振动和发动机动力学特性具有重要的意义.以某型液氧/煤油补燃循环发动机氧路流体系统为研究对象,重点考虑气涡轮和泵动态特性的影响建立了系统线性化小偏差频域模型.应用复系数状态空间矩阵法计算了气涡轮压比、氧预压泵动态增益、燃气掺混段特性对系统频率特性的影响.研究结果表明:...