热力学效应对低温诱导轮旋转汽蚀影响的数值研究

诱导轮是液体火箭发动机中提高涡轮泵性能的关键部件,而旋转汽蚀是引起诱导轮故障的原因之一。低温液体发生汽蚀时会产生大量的潜热,对汽蚀流动产生重要的影响。利用基于Rayleigh—Plesset方程的混合流体模型,并考虑了汽蚀热力学效应,对诱导轮二维叶栅中的低温旋转汽蚀现象进行了数值分析。计算结果表明,考虑热力学效应时,产生旋转汽蚀的入口压力值下降;低温条件下的温度变化对超同步旋转汽蚀没有影响,而对次同步旋转汽蚀影响显著。     

诱导轮空化对流固耦合应力分析的影响

采用ANSYS FLUENT软件仿真计算了某型号液体火箭发动机诱导轮在空化情况下的流场压力分布情况,之后将其流体压力分布引入ANSYS Workbench中,利用单向流固耦合技术进行了该诱导轮的有限元静应力分析,获取了空化及非空化情况下诱导轮的叶片应力分布,分析了空化对诱导轮应力分析结果的影响。     

诱导轮平面叶栅汽蚀不稳定现象的数值分析

诱导轮是现代液体火箭发动机中提高涡轮泵性能的关键部件,它可以在局部发生汽蚀的情况下工作,但是汽蚀所诱发的各种非定常不稳定现象会影响火箭发动机涡轮泵的性能、稳定性和寿命.本文利用基于Rayleigh-Plesset方程的混合流体模型,对诱导轮二维叶栅中的汽蚀不稳定现象进行了数值分析.结果表明,在一定汽蚀数范围内诱导轮容易...     

高速平板诱导轮的结构设计与分析

诱导轮是液体火箭发动机（LPRE）中重要的组成部分,它能有效地提高主泵的抽吸性能。首先介绍了LPRE诱导轮的几种典型结构型式,然后阐述了LPRE诱导轮的基本概念和设计原理,进一步推荐和分析了高速平板诱导轮几个重要结构参数的设计准则,最后按照设计方法设计了用于某液体火箭发动机的一台高速诱导轮,CFD计算表明它具有较好的扬程性能和抗汽蚀特性。     

诱导轮出口参数对高速离心泵性能的影响

某型号液体火箭发动机用高速诱导轮离心泵存在抗汽蚀性能偏低的问题,而液体火箭发动机对泵的抗汽蚀性能有特别严格的要求,其直接影响发动机的性能和可靠性。为获得更高的效率,按照常规泵设计经验选取较大的诱导轮出口角,而理论分析此时诱导轮和离心轮的能量匹配不是最佳,不能获得较好的汽蚀性能。经过理论分析,提出降低诱导轮出口角的改进方案,并对诱导轮离心泵流场进行数值模拟,并在试验室进行了试验验证。仿真及试验表明在相同叶轮外形尺寸条件下,提出适当降低诱导轮出口参数的设计方法,虽然泵的扬程和效率略有降低,但泵的抗汽蚀性能得到大幅提高,该方法提高泵的抗汽蚀性能是可行的。     

铣槽结构液体火箭发动机推力室壳体热应力分析

介绍了液体火箭发动机推力室铣槽结构热应力的数值分析方法,通过建立液体火箭发动机推力室的流场燃烧和导热理论模型,运用有限体积法考虑液膜冷却计算出发动机工作时的燃气、燃烧室壳体和冷却工质的温度场,将得出的结果作为壳体热应力计算模型的边界条件进行热应力场有限元分析。内、外壁温度的计算数据与实验结果基本相符。     

热力学排气系统中节流效应及其冷量利用分析

为更好地理解热力学排气系统(TVS)的运行机理，优化其运行参数，针对节流装置，建立了热力学模型，讨论了节流过程中状态参数的变化规律，对比了单相气体、单相液体节流的性能特性，进一步揭示了焦汤节流效应的原理，分析了不同节流背压下节流前低温工质(液氢和液氧)压力和温度对节流性能的影响，并结合TVS实际应用，阐述了节流最大制冷量的利用效果，提出了优化的TVS工作区间。研究表明：在节流过程不发生相变情况下单相气体节流制冷效应要比单相液体节流制冷效应更加显著；而在节流过程发生相变情况下液体节流至两相后，由于空化吸热导致流体温度降低，对于液氢，0.5MPa的压降可产生接近3 K的温降。对于液体节流，节流前压力对节流过程影响可忽略，〖JP2〗而节流前温度和节流背压对节流过程起主导作用；对于液氢在在轨运行工况下，考虑到节流制冷量的充分利用，同时保证换热过程体积含气率不高于90%，推荐TVS系统中节流背压范围为75～143 kPa。     

偏二甲肼组分变化对火箭发动机稳态工作性能的影响

通过建立液体发动机稳态工作模型与热力计算模型,利用最小二乘优化与迭代计算的方法,仿真研究了被空气部分氧化的偏二甲肼(UDMH)对泵压式液体火箭发动机的影响规律。结果表明,随着UDMH中二甲胺、偏腙和水含量的增加,推进剂混合比略有升高,发动机推力、燃烧室压强和燃烧室温度等参数有较明显下降。与传统地单纯分析推进剂能量性能相比,此方法更能准确表征在火箭发动机系统复杂的调节机制作用下,变质推进剂对发动机工作性能的影响。     

轮毂形状对诱导轮性能的影响

在离心泵前加置诱导轮是保证离心泵获取优越汽蚀性能的关键途径。针对某型号液体火箭发动机诱导轮,采用CFD技术研究了轮毂型线形状对诱导轮汽蚀性能和扬程的影响。结果表明,在具有相同入口流动状态条件下,改变诱导轮轮毂型线形状可使诱导轮产生不同扬程。     

液体火箭发动机高频燃烧不稳定性预测

本文描述了一种预测液体火箭发动机非线性燃烧不稳定性的数值方法,重点研究非线性燃烧不稳定性的各种现象,包括瞬态的、有限周期压力振荡、稳定和非稳定工况下声学振荡对推进剂液滴雾化和燃烧过程的影响、燃烧过程中的振荡流场、燃料液滴的轨迹、设计参数如入口条件、雾化初始条件和隔板长度等的影响。对几种工况和各种燃烧参数的计算表明该数值方法能成功地预测液体火箭发动机切向燃烧不稳定性。隔板长度及液滴尺寸对发动机的稳定性有明显的影响,数值结果表明隔板能有效抑制压力振荡。     

诱导轮对高速离心泵性能的影响分析

基于Navier-Stokes方程组和标准κ-ε湍流模型,对高速离心泵不同工况下进行了全流道数值模拟.为了验证诱导轮对高速泵性能的影响,设计两个不同的模型进行模拟,分析了泵内的压力场和速度场的变化规律,并预测出其性能曲线.分析表明,在相同流量下,诱导轮使高速泵具有更好的流动特性,可以提高泵扬程、效率.采用数值计算方法可...     

液体火箭发动机热过程仿真技术发展概述

<正>液体火箭发动机热过程基础研究是探索液体火箭发动机工作时所发生的流动、传热及燃烧等过程的基本规律,其研究内容涉及液体推进剂喷雾燃烧过程,工质与结构间复杂传热过程,液体推进剂物理化学特性、流体流动等。液体推进剂雾化、蒸发、燃烧和传热仿真技术是液体火箭发动机研究设计的理论基础,其与试验研究相辅相成,在正确分析与评估发动机工作性能、减少研制经费和研制周期、防范试验危险等方面发挥着重要作用,有力支撑了液体火箭发动机的研制工作。     

三种空化模型在氧泵诱导轮中的计算分析

为探索不同空化模型对氧泵诱导轮的适应性,选取Schnerr&Sauer,Zwart及Singhal三种空化模型对氧泵诱导轮进行数值模拟,将三种不同流量系数(ψ=0.9,ψ=1.0及ψ=1.1)下每个计算结果与实验数据进行对比,发现Schnerr&Sauer和Zwart两种模型预测空化外特性变化趋势更加接近实验值,其中Schnerr&Sauer模型在空化发生段的计算结果与实验结果吻合较好.Schnerr&Sauer和Zwart两种模型在ψ=1.0的临界空化数与实验值误差为2.9％,在ψ=1.1的临界空化数与实验值误差为8.7％,Singhal模型计算结果偏差较大.三种空化模型在计算叶片压力分布上比较相近,在计算叶栅及流道气泡数分布上,由于Schnerr&Sauer和Zwart模型都考虑了气泡数密度的影响,而Singhal模型仅考虑了气泡运动,计算的气泡分布较低;综合考虑外特性及内流场计算结果,Schnerr&Sauer更适应于诱导轮空化计算.     

液体火箭发动机水击特性仿真及试验研究

建立了液体火箭发动机水击压力的模型,进行了数值仿真和试验对比分析,研究了影响液体火箭发动机水击压力的影响因素,讨论了发动机关机后推进剂管路的压力瞬变特性,从而验证了数值模拟的正确性。     

火药起动系统对发动机起动性能的影响分析

针对采用火药起动器起动的泵压开式循环液体火箭发动机,对其起动系统进行了分析和研究。建立了液体火箭发动机火药起动器计算模型和起动系统燃气管路流场计算模型。将所建立的起动系统模型应用于发动机系统仿真,对发动机火药起动过程进行仿真,分析了起动系统中火药起动器参数和燃气管路参数对发动机起动性能的影响,确定了主要影响参数和影响规律。火药起动器火药药柱内径、火药药柱长度以及燃气管路火药起动器喷管喉部直径为强影响因素;燃气管路涡轮喷嘴喉部直径和管路出口直径在确保发动机火药起动主要工况段燃气管路流场流态为额定工况流态的前提下,为弱影响因素。试验数据验证表明,发动机起动系统的仿真结果正确、可信。     

火药起动系统双喉道管路特性分析

起动系统工作特性是液体火箭发动机研究的重点之一。对于采用火药起动器起动的液体火箭发动机,火药起动器后双喉道管路对起动系统的功效以及发动机的起动性能影响巨大。针对火药起动器以及起动器后双喉道燃气管路建立了计算模型,并通过试验数据对模型进行了验证。利用模型计算分析了火药起动器喷管喉部直径、起动器喷管扩张比、起动器及涡轮喷嘴喉径比等参数对火药起动器和燃气管路工作特性的影响。根据管路的工作特性,提出了一种双喉道燃气管路的设计方法。     

液氢液氧火箭发动机非线性静态特性仿真与分析

在考虑泵后推进剂温度和密度变化的情况下,建立低温液体火箭发动机非线性稳态工作的数学模型,以设计点参数为初始值采用离散牛顿法对大范围参数扰动下氢氧发动机的静态特性进行仿真,并对包括真空推力和真空比冲在内的重要参数的变化情况做相应的分析;在引入故障影响因素的情况下,针对液体火箭发动机中常见的典型故障模式进行稳态故障效应仿真和分析,为该发动机的故障检测与诊断工作奠定了基础。     

低温气动阀的人机环境可靠性评估方法

为了在液体火箭发动机试验过程中全面定量识别低温气动阀故障产生根源,针对低温气动阀可靠性分析过程的动态时变问题,首先通过引入人机环境系统工程理论,结合低温气动阀工作原理,从人机环境方面分析低温气动阀可靠性影响因素,建立基于人机环境系统工程的低温气动阀时变可靠性模型;并在此基础上,通过从人机环境范围定量分析低温气动阀的可靠度与失效率,对低温气动阀可靠性薄弱环节进行评估.最后通过具体的应用实例验证了该方法的有效性与准确性,为定量分析和改进低温气动阀可靠性提供了一种方法指导,为提高液体火箭发动机性能准确客观评价以及研制提供了支撑.     

通用化液体火箭发动机静态特性仿真平台

静态模型用于在发动机各稳态工况下对参数进行动力平衡计算,在发动机地面热试车或飞行试验之前,将发动机参数设定为规定值,已成为型号设计的固定流程。静态模拟是液体火箭发动机系统方案改进和新型发动机系统研制的重要手段之一。基于模块化建模思想和面向对象技术,建立了一套适应大范围变工况调节的发动机组件高精度通用化静态模型库,应用面向对象的仿真工具MWorks/Modelica软件开发了一套适用于液体火箭发动机静态特性分析的模块化建模与仿真软件。该仿真平台实现了现有静态计算成果的标准化、集成化;突破了传统一型号一模型的局限,极大地缩短了研制周期。     

前置不同诱导轮的高速离心泵性能

为研究分流叶片诱导轮及变螺距诱导轮对离心泵水力性能及汽蚀性能的影响,对具有前置诱导轮的高速离心泵进行了试验和数值模拟。外特性试验表明,两种前置诱导轮对高速离心泵效率的影响均不显著,前置分流叶片诱导轮的离心泵扬程相对于前置变螺距诱导轮有显著下降。汽蚀试验表明,小流量工况下前置分流叶片诱导轮的离心泵抗汽蚀性能较优,大流量工况下前置变螺距诱导轮的离心泵抗汽蚀性能较优,其余工况下两者的抗汽蚀性能相当。仿真结果表明,大流量工况下分流叶片诱导轮扬程较低,不能满足离心轮进口能量需求,致使前置分流叶片诱导轮的离心泵汽蚀性能变差。