圆锥形谐振管的谐振性能研究

在液体火箭发动机气动谐振点火技术中,圆锥形谐振管因气体谐振加热温度高、加热速度快而受到重视。文中利用Whitham规则,从理论上分析了在圆锥形管中振荡气体的压强和温度特性。因为圆锥形谐振管对激波有增强作用,所以在相同条件下,圆锥形谐振管中气体压强的振荡幅度和加热温度、速度都要高于圆柱形谐振管,因而圆锥形谐振管加热性能比圆柱形谐振管好。      

不同环境因素对引压管腔动态特性影响

为了探索引压管腔在动态压力校准和使用中不同环境因素对动态特性的影响,推导了管腔传压模型和谐振频率关系式,确立了影响管腔动态特性的参数,包括静态压力、温度、气体介质等。采用引压管腔专用实验装置进行了不同环境参数状态的实验验证,结果表明:静态压力仅会影响管腔在谐振频率附近的输出,随着静态压力的增大而非线性增大,对动态特性并无明显改变;温度会改变管腔的谐振频率和动态特性,随着温度的升高,谐振频率增大但输出幅值随之减小;气体介质的不同会彻底改变管腔动态特性,主要取决于介质的声速。该研究为引压管腔在使用环境下数据的评价和数据修正上提供了一定参考依据。     

发动机泵后管路-汽蚀管系统水力激振试验

为了研究火箭发动机泵后管路-汽蚀管系统动力学特性,开展水力激振试验。在汽蚀管下游引入水力激振信号,测量供应管路和推力室头腔的脉动压力,建立描述系统动力学特性的传递函数。结果表明:该系统主要表现出1阶谐振特征,高阶谐振峰不明显。在谐振频率下,汽蚀管出口至氧主阀之间管路上脉动压力的幅值整体较高,脉动压力幅值沿流向逐步增大;经过氧主阀后,压力振荡幅值沿流向快速降低。发现了压力脉动通过此汽蚀管向上游传播的现象:即使汽蚀管处于汽蚀状态,仍存在部分压力脉动通过汽蚀管逆向传播至上游管路;而汽蚀管对整个管路仍然起到了明显的隔振效果。在过大的汽蚀裕度下,汽蚀管出口由声学闭端边界逐渐向声学开端边界转变。      

振荡管内气柱谐振的研究

首次提出振荡管气柱谐振概念。对气柱谐振机理、条件、有关因素对谐振激励频率的影响及谐振状态下管内振荡流特性进行了探讨。结果表明：气柱谐振与管内激波运动有关;谐振状态下管内出现最强的压力波并产生最强的冷效应和热效应。     

气动谐振加热基础试验

为了进一步掌握气动谐振加热的规律,为气动谐振点火器的研制提供试验基础,在原有气动谐振加热初步试验研究的基础上对谐振气体流量变化,不同的排气孔形式以及不同内径的谐振腔对谐振加热性能的影响进行了研究。通过大量的气动谐振加热基础试验,得到了谐振加热性能随不同参数变化的规律,为气动谐振点火器结构参数的选择提供了试验基础。      

气动谐振管加热效应初步实验

为了有效地应用气动谐管加热现象的热效应，以发展液体火箭发动机的气动谐振管点火新技术，需要获得谐振管热效应的变化规律。实验测量了三种谐振管，即圆柱型、阶梯型和锥柱型谐振管间的表面加热温度。实验中主要考虑喷嘴与谐振管间的分离距离以及供气压力的变化。所获得的谐振加热特性可用于实际谐振加热装置的设计。     

基于燃烧室压力振荡的火焰筒结构优化

实验对比了双层与单层火焰筒的燃烧室压力振荡特性.实验结果表明:在相同的实验工况下,前者的压力振荡幅值要小.检验了基于叠加原理的多孔共振腔模型在分析上述压力振荡特性中的适用性.通过敏感性分析,探讨了在保证火焰筒冷却气分配不变的情况下,用于减小燃烧室压力振荡幅值的火焰筒结构改良方向.分析结果表明:火焰筒壁面的孔数量(孔直径)是用于减小燃烧室压力振荡工程优化的主要参数.      

火箭发动机泵后供应系统水力激振试验

为了研究某型发动机泵后供应系统的动力学特性,对全尺寸的氧泵后供应系统在中、高频范围内开展了水力激振试验。试验数据表明:供应系统的谐振特性被激发起来。在试验条件下,可以清晰地辨识出泵后供应系统的前4阶谐振频率和振型。第1阶谐振频率响应幅值最高,第2阶和第3阶相当,响应幅值次之,第4阶响应幅值再次之。在外界扰动下,该发动机泵后供应系统能够较容易地达到流体谐振状态,当外界扰动频率接近其谐振频率时,供应系统沿程脉动压力出现了明显的共振波形。在不同的谐振频率下,喷前腔位置均为压力振荡的波节位置,也即为流量振荡的波腹位置。      

超声速颌下进气道亚临界振荡特性试验研究

为了研究超声速颌下进气道的亚临界振荡特性,利用风洞试验,进行了来流马赫数Ma∞=2.5,3.5,4.0,不同攻角,不同节流状态的试验,获得了各状态下超声速颌下进气道的亚临界振荡的频率和压力幅值。研究结果表明,超声速颌下进气道压力振荡随着堵塞度的增加,振荡幅值增大,振荡频率加快;同时振荡的压力峰值趋于尖锐、压力谷值趋于钝化。超声速颌下进气道的亚临界振荡按照压力幅值可以分为三类,即小幅值压力振荡、中幅值压力振荡、大幅值压力振荡;随着进气道出口堵塞度的增加喘振演变过程呈现多样性。     

轴承供气压力对静压气体轴承-转子系统动力学特性影响的实验

为了研究轴承供气压力对气体轴承-转子系统动力学特性的影响,在静压气体轴承支承的压气机与透平同轴结构的涡轮膨胀制冷机试验台上,开展了相应的试验研究。采用分岔图、轴心轨迹、频谱分析等振动测试分析方法,分析了供气压力对临界转速和低频特性的影响。实验结果表明:轴承供气压力为0.80MPa,转子在26000r/min时未出现半速涡动;轴承供气压力为0.75MPa,转子在50000r/min时的低频振动幅值仅为工频振动幅值的5%,远小于相同转速时0.80MPa下的相对值(低频振动幅值与工频振动幅值的比值为34.89%)。因此,供气压力的增大带来气膜直接刚度的增加,能够消除气膜的半速涡动;供气压力的降低带来气膜阻尼比的增加,能够抑制气膜振荡的幅值。     

Nonlinear oscillations of gas in a closed tube under shock-free wave conditions

In this paper, the results of studying peculiarities of longitudinal nonlinear oscillations of homogeneous gas (air) in closed tubes under shock-free wave conditions near the basic natural frequency are presented. At the resonance frequency, a continuous wave of gas pressure in time has the asymmetric form: time of compression is less than that of rarefaction. The resonance frequency being observed has in this case a lesser value than that calculated by the linear theory and coincides with the frequency determined by using the nonlinear theory (with regard to losses). Also shown is an adequate agreement between the theoretically obtained data on swing of gas pressure oscillations and the experimental results.     

开口圆管气体的非线性振荡研究及雾化应用

主要研究开口圆管内的非线性振荡，圆管受迫端由一活塞驱动，活塞为小谐波振荡，另一端为完全开口状态。理论和实验均发现存在非线性现象，实验中还发现活塞激振频率和管内气体的固有频率接近时会发生共振，有强烈的非线性效应，同时在管口附近产生强烈的整波效应，发现利用此效应对水流有较好的雾化功能。     

Influence of the open end geometry on resonance oscillations of a gas in a tube

Resonance oscillations of a gas in an open-ended tube of different geometry are investigated. The calculation is made by means of a one-parametric model using the experimental data for a pointed end and flanged ends. The distributions of the absolute values for dimensionless amplitudes of gas velocity and pressure variations along the tube are presented. The theoretical calculations are compared with the experimental results.     

液体火箭发动机气动谐振点火初步研究

气动谐振点火是基于气动谐振加热现象的一种新型的点火方式。在特定的气动谐振条件下,高速喷流与谐振管内流相互作用形成周期性运动的激波和膨胀波,将压缩气体的能量不可逆地转化为热能,形成高温高能的点火源,从而点燃推进剂组元。建立了简化的理论分析模型,对可能获得的最高温度进行了预测,探讨了在液体火箭发动机上实现气动谐振点火的方案。     

圆柱形谐振管气动谐振加热现象的理论分析

为了分析谐振管中气体温度在射流的长时间作用下能升高至某定值但不能无限升高的原因,针对由声速喷嘴和圆柱形谐振管组成的系统,利用激波理论对圆柱形谐振管中周期性运动的激波与膨胀波对气体的作用进行分析,认为激波使管中气体温度升高、膨胀波使气体温度降低,它们的周期性作用使管中气体温度能够累积升高,随着气体温度的升高,激波的加热作用减弱,并最终消失,管中气体温度达到某定值。     

气动谐振管加热振荡流动过程数值研究

为了了解气动谐振管加热现象的振荡流动过程，利用显式TVD－MacCormark格式数值求解二维轴对称雷诺平均N－S方程，获得了一个谐振循环中完整的喷嘴－谐振管系统的振荡流动湍流流场，结果表明，欠膨胀声速冲击喷流固有的流场不均匀性和不稳定性是谐振管加热现象产生的内在原因，激波耗散是谐振管主要的加热机理。     

Experimental study on flow excursion instability of supercritical hydrocarbon fuel in scramjet regenerative cooling parallel channels

Flow instability of supercritical hydrocarbon fuel is a crucial issue in scramjet regenerative cooling structure. In this study, flow excursion instability and flow distribution in parallel tubes were experimentally studied for supercritical fluids. Two types of flow excursion occur in a single tube. Type I and Type II excursions, and they are corresponding to decreasing and increasing flow rate respectively. They can trigger flow maldistribution between parallel tubes and the hysteresis phenomenon of flow distribution. The effects of system parameters, including inlet temperature, system pressure, and heat flux, on flow distribution were analyzed. In addition, the relationship between flow excursion and the pseudo-critical interval proposed in the literature was established according to the heated tube outlet temperature at the onset of flow instability. Finally, the flow excursion instability boundary was obtained using two dimensionless parameters. These experimental results can provide helpful insight on the mechanism of Scramjet regenerative cooling.