液氧加注过程热力性能分析

为满足某型号运载火箭动力系统试验液氧加注温度要求,需对加注过程进行热力性能分析。通过对常规氧加注过程因漏热和流阻损失引起的温升、液氧泵效率损失引起的温升进行理论计算,得出常规氧加注过程液氧温度变化规律。此外,通过对过冷氧温度掺混特性进行理论计算和数值仿真,得出过冷氧加注的热力性能。上述分析结果与实测数据进行了比对,结果表明,理论分析结果与实测结果吻合性好,液氧加注过程热力特性分析方法正确可行。     

液氧泵机组的自动控制

一般大功率三相异步电动机采用的降压启动、现场操作和预先设置启动时间的控制方式不能适应液氧加注对55kw泵机组自动控制提出的既能适应计算机系统的远距离控制又能根据启动时负载大小自动调节启动时间的要求。本文重点阐述泵机组的启动方式、原理及改造后的控制方式。该种控制方式特别适用于泵机组工作环境恶劣和加注有害介质的场合，为今后发展液氢泵和其它民用大功率泵机组控制方式提供了借鉴。     

新型运载火箭低温加注工艺流程及控制策略研究

运载火箭的不断更新换代,对科学的加注工艺提出了更高的要求。以某新型火箭液氧低温加注系统为研究对象,依据低温推进剂的加注结构特点,设计了液氧低温加注工艺流程及相应的控制策略,即以流量为控制目标的PID-DMC串级控制算法。采用分层控制策略,科学合理地通过调节阀门开关控制储罐压力大小,最终达到控制复杂加注系统的目的,并将其应用于某加注任务实践,取得了较好的效果,有效地提高了加注系统的可靠性、安全性。研究结果对新型火箭加注及决策具有实际指导作用。     

多级液氢泵级间导叶的设计与改进

采用径向导叶的液氢泵的试验结果表明，导叶损失大，导致液氢泵效率低。提出了一种液氢泵流道式导叶的设计方法，并针对某液氧泵设计了级间导叶，试验结果表明，设计方法合理，降低了级间导叶的损失，提高了液氧泵的效率。     

新型火箭地面加注系统设计难点与应用

传统加注系统的设计在加注模式、工艺流程、控制系统、计量可信度、屏蔽泵及训练功能等方面存在诸多不足，而新型智能加注系统的设计则在建立多贮箱组合加注模式、优化并泵工艺、建立远近控等多种控制方式并存的集散式自控系统、创建新型指挥管理体制、实现计量互校、研制新型高扬程屏蔽泵、创建加注模拟训练平台、采用工程化软件研制方法及引入安全可靠性设计理念等方面有理论和技术创新。     

预压涡轮泵水力性能试验系统

为了进行液氧/煤油发动机预压涡轮泵的水力性能试验,在充分论证的基础上,完成了液氧/煤油预压泵水力试验系统的设计建造.试验系统建成后进行了预压泵的性能试验、汽蚀试验及预压泵与预压涡轮的匹配性试验,达到了预期的试验目的,为预压涡轮泵的设计、改进提供了有效的依据.     

航天发射场加注系统风险评估技术研究

针对航天发射场加注系统风险评估主观随意性较大的问题,提出了基于综合云的多属性风险评估方法,并对某发射场加注系统的运行状态进行了风险评估.首先应用属性约简算法将加注系统风险源权重的确定问题转化为粗糙集理论中属性重要性的评价问题,通过计算得到加注系统各风险源的权重,从而使得加注系统风险源权重的确定更具客观性和合理性;其次,对综合云公式进行了改进,使权重系数直接参与不确定性计算,充分考虑了加注系统性能指标的评分误差给最终结果带来的各种影响.评估结果表明:1)当前使用中的加注泵性能为良偏下,此时的加注系统已经存在了安全隐患,需要更换新的加注泵,否则就容易发生危险;2)该方法能够进一步得到加注系统实际的更多细微信息,结果更加贴近实际.     

发动机涡轮泵流体动静压轴承应用分析

针对液体火箭发动机涡轮泵特殊工作环境,讨论了流体动静压轴承可采用的结构形式和需要解决的关键技术。提出了径向轴承宜采用腔式结构,止推轴承宜采用螺旋槽或瓦块结构;并针对液氧涡轮泵动静压轴承提出了研究需要解决的关键技术。     

美国肯尼迪航天中心39A、39B发射场的液氢液氧加注管道

美国肯尼迪航天中心39A、39B发射场液氢液氧加注管道是用来向土星V运载火箭加注液氢和液氧推进剂的。这些管道的主要技术特性如下;39B发射场的10英寸液氢真空多层绝热管道:20层真空多层绝热,反射屏为0.00025英寸单面喷铝聚酯薄膜;每节管段长45英尺,其真空夹层容积约为254升;夹层中装有活     

液氧泵机械密封用金属波纹管设计研究

分析研究了液氧泵机械密封用金属波纹管在常温条件下轴向拉伸变形与金属波纹管自由高度和密封摩擦功耗之间的关系,在此基础上,研究归纳出了液氧泵机械密封用金属波纹管设计规范,采用该规范设计生产的金属波纹管已用于液氧/煤油发动机,该发动机已通过地面热试车考核.     

基于PCA-IMD的加注泵融合式健康监测研究

针对加注系统中加注泵的健康监测问题,提出一种基于主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)与改进马氏距离(Improved Mahalanobis Distance,IMD)相融合的健康度量模型。对系统健康度、健康度量等相关概念进行研究,选用距离测度中的马氏距离作为度量加注泵健康状态的标准。基于PCA对测试样本进行优化,降低测试样本属性维数,采用IMD计算优化后得到的主成分样本矩阵改进马氏距离,以平均IMD值表征待评估系统的健康状态变化情况。通过加注泵加注过程中实际测试数据验证了该方案的准确性。     

变频泵在地面煤油加注系统中的应用

煤油加注系统是大推力运载火箭动力系统试验台的重要组成部分,其主要功能是连续、可靠、准确地向箭上贮箱加注煤油。按照系统要求对大流量煤油加注工艺进行了分析,提出了根据管路特性曲线进行离心泵选型的依据。通过对节流控制、旁路调节及变频调速调节等几种流量控制方法进行比较,指出采用变频调速方法进行煤油加注的优点及可行性。在地面试验系统中使用变频泵已完成数次动力系统煤油加注试验,各次加注状态正常,加注流量稳定,满足各项技术要求。采用变频泵进行煤油加注具有流量跨度大,控制精度高,流量切换灵活及调节响应快的优点,是确保煤油加注系统安全、稳定、长期运行的有效途径。     

火箭发动机的正反转涡轮设计

一项减少重复成本的主要方法就是限制零件数量和简化机械结构.涡轮泵在火箭发动机总成本中占有很大一部分,大约是30%,因此,理应对涡轮泵进行设计简化.对于可贮存的液氧/烃或者液氧/甲烷火箭发动机,把涡轮泵设计成一轴化是有价值的.然而,对于液氧/液氢发动机,由于两推进剂密度之间存在着巨大的差异,因此,最佳方案就是燃料泵和氧化剂泵分别采用不同的转速驱动.在这种方案中,可以仅用一个涡轮来带动液氧和液氢泵,不过两泵之间要通过齿轮来传递转速,例如HM7或RL10发动机就是这样的结构.但是,齿轮在低温环境中的工作是不可靠的,此外,成本和重量也是问题,带有齿轮的涡轮泵适用于低推力发动机,为低功率涡轮泵.目前,低温火箭发动机推力室通常采用两个独立的涡轮泵来供应推进剂,一个涡轮泵是供应液氢,另一个供应液氧(某些俄罗斯的发动机除外).可以采用正反转涡轮,使得氧化剂泵和燃料泵处于单一壳体内.该正反转涡轮设计的约束条件如下:每个转子必须按所需转速驱动相应的泵;每个转子必须传递驱动泵的功率;必须对轴向载荷进行监测,以免轴向推力轴承过载.设计的自由度包括转子半径和涡轮的压力叶栅.本文给出正反转涡轮一个简单的一维理论,考虑了每个转子半径的不同,并对一组同一规格的两个轴流涡轮与正反转涡轮进行了比较.     

高速涡轮泵的箔片轴承技术

低温箔片轴承技术已经在液氧和液氢涡轮泵中得到了使用。低温箔片轴承提高了涡轮泵的可靠性并降低了费用。液氢和液氧涡轮泵箔片轴承的主要技术已经由 NASA 路易斯研究中心、马歇尔飞行中心和麦道公司进行了试验验证。箔片轴承在液压和液氢中以高的负荷量和宽的转子动态范围内进行了100多次起动/停车试验,总试验时间有好几个小时,箔片轴承液氢涡轮泵和箔片轴承液氧涡轮泵都已进行了验证试验。他们的试验结果表明:箔片轴承稳定性好,可靠性高,可调节范围宽,需要的冷却流量小,箔片轴承涡轮泵可靠性高,而且费用低。     

离心泵加注系统工作可靠性研究

介绍了离心泵泵压加注系统组成和工作原理,通过计算离心泵和泵压加注系统的扬程,得到扬程与流量关系式,绘制离心泵扬程与流量特性曲线和泵压系统扬程曲线,由两条曲线相交确定离心泵工作点。然后绘制泵压加注系统在管路流阻、容器液位动态变化情况下离心泵工作点的变化曲线,分别和离心泵扬程与流量特性曲线相交,分析曲线图上不同流阻、液位下的离心泵工作点,得出导致离心泵偏离正常工作点的主要因素。理论分析结果经验证与泵压加注系统实际运行结果基本一致。依据分析结果,制定了针对性的控制措施,达到提高离心泵加注系统的工作可靠性的目的。     

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:...     

液氧试验台系统设计与实现

液氧试验台能够进行液氧煤油发动机液氧泵中轴承、密封件模拟实际液氧工作环境的可靠性、安全性研究。试验台由配气系统、液氧供应系统、涡轮驱动系统、轴径向加载系统、操纵指令控制系统、测试系统、安全防护系统等组成．通过轴承、端面密封组件在液氧、液氮中的运转试验,可为发动机研制提供准确数据．     

液氧甲烷重复使用辅助动力系统方案与进展

航班化航天运输系统的应用需求日趋迫切,基于液氧/甲烷(LOX/LCH₄)发动机的可重复使用运载火箭成为国内外研究热点。面向某型运载火箭对一级返回辅助动力系统的需求,提出了基于电动泵的主辅一体化液氧甲烷系统方案和独立挤压式液氧甲烷系统方案,开展了方案比选和应用优势分析,并介绍了液氧甲烷轨姿控发动机和低温表面张力贮箱的研究基础,以及国内首款液氧甲烷轨姿控推进系统集成演示试验情况。液氧甲烷辅助动力系统可以实现全箭推进剂的统一和无毒化,助力运载火箭走向高效及完全可重复使用。选择切实可行的“分步走”策略,优先开展挤压式液氧甲烷辅助动力系统的工程化研制与飞行应用,逐步实现基于电动泵的主辅一体化液氧甲烷辅助动力系统在重复使用运载火箭和低温上面级等领域应用。     

航天动力发展的生力军——液氧甲烷火箭发动机

液氧甲烷火箭发动机具有成本低、性能好、重复使用、维护方便等优点,是极具发展潜力的未来航天动力。北京航天动力研究所在十一五期间开展了60t级液氧甲烷火箭发动机原型样机研究。进行了甲烷液氧气液缩尺喷注器燃烧试验和甲烷液氧液液喷注器低混合比燃烧试验,了解了甲烷液氧的燃烧特性、点火特性等。开展了涡轮泵和阀门等组件适应性研究。研究表明,液氧甲烷发动机燃烧稳定性好,易于维护,是未来航天的理想动力选择之一。     

树脂砂低压铸造工艺研究与应用

研究了树脂砂低压铸造工艺理论与原理,结合工艺试验得到了铝合金ZL104涡轮泵出口管树脂砂低压铸造工艺规范。采用该工艺规范制造的铝合金ZL104涡轮泵出口管已用于CZ-5和CZ-7运载火箭液氧煤油液体火箭发动机之中,CZ-5和CZ-7运载火箭已通过了飞行考核,液氧煤油液体火箭发动机工作正常。由此表明:铝合金ZL104涡轮泵出口管树脂砂低压铸造工艺是合理、正确和有效的。