基于声压测量的阀门故障检测方法研究

液体火箭发动机试验中,推进剂供应系统阀门的可靠性对保证试验的成败至关重要,阀门的泄漏故障预测与实时监测是试车台推进剂供应系统安全性与可靠性工作的重要内容。对试车台常用的2种阀门进行了声压检测试验,基于声压测量技术,分析阀门出现故障时声压幅值范围和声压谱的故障特征信号,研究了故障阀门的声学特性。结果表明,利用声学检测方法可以有效、简便地检测阀门故障,并且该方法可以推广到其他使用阀门的供应系统中。     

泵前阀开关波纹管组件改进设计

某型号发动机泵前阀在抽典试验中开关腔波纹管组件发生了疲劳失效,经对失效原因及机理进行分析,对波纹管组件进行了改进设计,并对原状态波纹管组件及新设计进行了有限元计算分析和疲劳寿命估计。计算结果表明,新设计波纹管应力分布相对合理,疲劳寿命水平有较大提高。设计改进后生产了试验件并进行了阀门试验,试验与计算结果相当并满足发动机使用要求。     

航天阀门运动副卡滞故障分析及对策

阀门运动副的卡滞卡死现象是超低温液氢液氧火箭发动机阀门的常见故障,防止卡滞卡死是阀门可靠性设计的重要内容之一,因为卡滞卡死往往是在阀门动作若干次以后才发生的,不易被人们所发现,因而构成阀门可靠性设计的最大威胁。特别是在低温环境试验中,阀门更容易发生卡滞卡死故障。文章叙述了国内外有关低温阀门卡滞卡死故障的统计数据、故障机理、可靠性设计和防卡滞设计准则、防卡滞设计措施,并配合实际案例进行说明,可供航天发动机和航天器低温阀门设计人员参考。     

浮动提升式燃气阀启闭动态特性研究

高温燃气阀是固体飞行器姿轨控动力系统的重要控制装置。基于国内外燃气阀的研究,引入了静摩擦力和库伦摩擦力模型,设计一种浮动提升式燃气阀,采用动网格和UDF技术建立了燃气阀启闭过程中二维瞬态数值模型。计算结果表明,与普通喷管相比,该燃气阀内的流场不均匀性增加,阀门启闭过程中燃气阀及喷管内的流场变化是相近的,分析了在阀门启闭过程中不同开度下阀门流场内的亚音速回流区、流动分离以及激波分布情况,真实有效地模拟了燃气阀的启闭动态特性。仿真结果表明,该燃气阀结构合理,且可行性高。     

宇宙飞船推进系统用双锁隔离阀

Marrota 科技管理实业有限公司已设计出一种独特的高性能的锁紧隔离阀,称做双锁隔离阀,该阀能可靠地隔离可贮存推进剂和具有一定压力的气体,而且可以做为推进器阀门在长时间持续燃烧的电弧喷气发动机上使用,如电加热推进装置和固体推进装置。或者在串联复式开关推进装置中做上游阀门.Marrota 双锁致动器采用稀土永磁材料,阀门在锁紧位置(关闭和打开)不需要继续通电。该双锁阀门的特点是无滑动配合,电位置指示器和累积的背压卸荷,阀门结构简单、价格低廉,本文阐述了该阀新颖的设计方法.     

航天飞机轨道飞行器RCS主推力室直动阀的设计改进

航天飞机轨道飞行器 RCS 主推力室采用先导式阀(POVs)来控制推进剂的流量。由于先导式阀有些固有的缺陷,因此新研制了直动式阀(DAVs)(参考文献1和2)。根据在所规定的使用条件下无泄漏的密封性、防金属硝酸盐的污染、不受供应管路压力波动的影响、具有足够的结构强度和循环寿命、以及与先导式阀互换性的初步要求提出了各项设计改进。考虑上述各项改进、设计、制造和试验了验证组件。验证组件的试验内容包括振动、响应特性和循环寿命,同时对阀门中装配的关键组件波纹管也进行了寿命试验。本文介绍了设计改进的细节,同时提供了相应的试验数据。     

飞行过载对固体火箭发动机不稳定燃烧的影响

针对某固体发动机飞行试验中出现的压强振荡现象,开展压强振荡特性分析、机理分析及声模态数值仿真,提出该非线性不稳定燃烧故障的两种可能的触发模式。通过建立脉冲激励试验方法及火箭橇过载模拟试验方法对故障发动机开展试验研究,并验证了导弹飞行过载是引起发动机不稳定燃烧的最主要原因。     

一种用于航天飞机轨道飞行主推进器耐硝酸铁喷注器阀的研制

Kaiser Marquardt 公司已经研制了一种直接作动式推进剂喷注器阀门来替代目前航天飞机轨道复位控制子系统主推进器使用的先导式阀门。设计的新阀门是对目前使用阀门缺点的改进,包括:对氧化剂系统内硝酸铁污染的敏感度,低温和干密封泄漏,及由于压力冲击导致的误动作。作为未来的替代阀门,设计的直接作动式阀门(DAV)使装有直接作动武阀门的主推进器完全可以替代装有先导武阀门的推进器,正因为采用相同的结构和电气接口,所以不需改变子系统的设计就可实现替代。直接作动式阀门包括一个波纹管使推进剂与作动器隔离以达到最耐硝酸铁和其它污染的目的,并且允许作动器选用最佳材料。波纹管同时可提供部分压力平衡以减少对电磁力的需求。由于直接作动式阀被迫受到原先的先导式设计的同样严格的外廓尺寸和功率的限制,所以直接作动式阀门电磁作动器的设计用 Kaiser Marquardt 公司的计算机程序高度优化.直接作动式阀门用锥面密封代替先导武阀门平面密封设计,这已经在其它阀门方案中被证明更为有效。直接作动式阀门内部的流场分布比靠液压作动主级的先导式阀门简单得多.设计的直接作动式阀门使推进剂陷坑最少,因而没有流道节流产生的在压力冲击时使阀门微微开启的压力不平衡。本文包括阀门设计说明书和阀门研制试验结果摘要。在研制方案阶段制造的阀门正用于 NASA 的白沙试验室的一种推进器海平面试验方案,接着将是子系统海平面试验。     

试验台冷却水系统水击压力仿真研究

液体火箭发动机试验台冷却水供应管路具有长度长、管径大的特点.发动机试验过程中,由于阀门动作过快所产生的水击压力会对试验台冷却水供应系统的安全可靠运行产生严重影响.针对该问题,借助系统流动特性瞬态仿真软件,建立了某试验台冷却水供应系统水击压力仿真平台.通过特征线法对系统内水击压力的变化情况进行了仿真计算,并将仿真结果与放水试验时的实测值进行了对比分析,验证了所建立模型的计算准确性并分析了误差产生的主要原因.在此基础上,分析了关阀策略及管路配置对系统内水击压力的影响,提出了优化阀门动作顺序及开启手动旁通阀2种降低试验台冷却水系统水击压力的方法.仿真结果显示,通过采用以上2种方法能够有效降低水击压力峰值,同时增大其衰减速率.     

飞行过载对固体发动机内弹道的影响

对某系列发动机参加历次典型短时大过载和长时间中小过载工况飞行试验中遥测压强数据进行了汇总分析,结合发动机飞行试验后喷管喉衬解剖数据,总结了发动机在各种飞行过载工况下内弹道变化规律。结果表明,在短时大过载条件下,发动机压强均有一定程度降低,下降幅值约0.2~0.4 MPa;在长时间中小过载条件下,因推进剂种类不同,喷管喉衬烧蚀和发动机压强变化规律不同;过载对推进剂燃速影响不大。     

小型化快响应阀门装配工艺研究

小型化快响应阀门的组成零件特征尺寸小、形位公差要求高,其加工和装配过程中易偏差积累过大,导致阀门性能不合格。针对此类问题,以空间装配尺寸链数学模型为基础,通过构建、分析偏差传递方程,定位零件加工和装配中对阀门性能影响大的环节,并对该环节进行工艺控制。通过建立某小型化快响应电磁阀的装配尺寸链,计算封闭环偏差传递方程,得出阀杆和阀座的加工和装配过程是影响阀门使用性能的重要环节。根据分析结果,制定出了满足要求的零件加工和装配工艺方案。     

航天飞机主发动机的故障探测与隔离

设计了应用于航天飞机主发动机故障探测与隔离(FDI)的广义似然比试验(GLRT),可用于在线 FDI 及飞行任务的事后分析。算法中使用了 SSME 的全部37个状态模型及一套15个传感器。在设计阶段,有助于确定故障的可探测性和可识别性,给出传感器布局。文中重点在于输入/输出的故障,即阀门和传感器失效故障,但似然比方法可延伸至包括结构的失效。     

过载下燃烧室粒子特性与绝热层烧蚀研究进展

总结和分析了国、内外对飞行过载下固体火箭发动机中出现的绝热层烧蚀问题的研究方法。详细阐述了燃烧室粒子粒度参数确定方法、过载流场数值模拟方法及地面模拟过载试验方法等方面研究进展。首次提出了获取过载下粒子分布参数的两种新途径,即基于飞行发动机的粒子收集分析法与故障位置反算分析法,给出了两种方法下的粒度分布参数;并提出了用火箭橇模拟过载下绝热层烧蚀的方法。结合某战术发动机,基于过载流场计算结果,讨论了短时间大过载与长时间中、小过载等两种典型工况对绝热层的烧蚀影响,并给出了热防护设计时应注意的问题。     

试车台氧化剂系统增压能力影响因素分析

试车台进行改造后,管路和容器参数都发生了变化,试车过程中需在要求时间内完成发动机氧化剂入口压力从前稳段升压至过载段。首次试车过程中由于贮箱增压计算出现误差,导致氧化剂升压过程中增压阀门多次动作。为避免升压过程中增压阀门的多次动作,获得试车台的实际增压能力,对其影响因素及试车数据进行了分析,修正了调整计算过程。试验结果表明:调整计算正确,改进措施有效,满足了试验任务要求。     

固体火箭发动机的点火故障

本文介绍了固体火箭发动机点火过程中由点火装置引起的部分故障,包括发火管结构损坏、能量输出较大、能量释放件爆炸和受真空环境条件影响造成的故障等,并对其故障原因进行了分析,还提出了点火装置设计中应采取的措施.     

燃气调压阀内流场三维数值模拟

采用有限体积法对燃气阀内流场进行三维冷气模拟和燃气模拟,并用冷气试验验证,表述了所研究阀门内流场的特点,得到入口压力与阀芯受力之间的线性关系;比较了3个不同弹性系数的弹性元件的入口压力与阀门质量流量,得到入口压力与阀门质量流量之间的二次曲线关系,小的弹性系数和低燃气温度使调压阀调压能力增强;分析了燃气模拟的结果,并与冷气模拟的结果进行了对比,提出对阀芯和阀座进行重点热防护的建议。     

水击波压力尖峰产生的原因及其影响因素分析

液体火箭发动机及其试验台关机过程中水击波上叠加的压力尖峰是造成产品破坏的常见故障之一.为分析该压力尖峰产生的原因,采用一维有限元法建立了发动机仿真模型,考虑阀门前后流道、容腔的影响,建立了主阀精细化仿真模型,利用试验数据验证了模型的正确性.在此基础上开展压力尖峰仿真研究,结果表明:该压力尖峰是由于阀门固有结构使得阀芯前...     

AA9-683阀门活门杆失效分析

试验中大量使用的AA9-683阀门多次出现活门杆弯曲卡死现象。依据阀门工作原理和故障活门杆分解情况对活门杆失效机理进行分析认为:活门杆弯扭屈曲可能为临界载荷和侧向载荷共同作用产生的结果。选取最小截面等截面法和仿真计算法分别计算活门杆临界载荷。最小截面等截面法依据欧拉临界载荷公式获得临界载荷,仿真计算法依据ANSYS Workbench软件基于静力法的屈曲计算方法获得临界载荷。通过比较2种方法计算的临界载荷数据,显示结果接近,并且依据已测量挠度以及挠度计算法推导出侧向载荷。将临界载荷、侧向载荷结果与活门杆失效情况比较分析,得出活门杆失效机理的分析结论成立。针对造成活门杆失效的原因采取了有效的改进措施。     

柱形爆炸器故障原因分析

针对柱形爆炸器穿透钢柱试验故障,分别从聚能罩形状和材料、主装药炸药性能、装药结构、主装药浇注工艺、炸高、界面传爆可靠性、环境条件等方面,对柱形爆炸器穿透效果的影响进行了分析,开展了相关可靠性试验,复现了故障。此次故障是由于柱形爆炸器壳体壁厚较薄,不能满足力学环境试验过载所致。对故障进行了准确定位,并改进了设计结构。     

力限技术的发展和应用前景

在航天器振动试验中引起过试验的主要原因是试验件安装结构和振动台的阻抗不同及制订加速度输入谱时采用包络法.解决此问题的一种思路是在振动中限制试验件安装界面的力,即力限技术,它包括力谱制订、力的测量方法、夹具设计和振动控制策略等关键技术.文章回顾了国外力限技术的发展,介绍了力限技术应用的关键技术问题,并对在我国航天器振动试验中力限技术的应用前景进行了展望.