低温推进剂火箭发动机预冷方案研究

对国内外低温推进剂火箭发动机采用的排放预冷、自然循环预冷和强制循环预冷等预冷方案进行了综述。介绍了国内新一代运载火箭使用的新型低温液体发动机的预冷研究。对液氧煤油发动机预冷方案中推进剂类型、发动机所在子级、自然循环多因素综合等影响方案的主要因素,以及发动机预冷方案中的维护、沸腾传热与两相流数值模拟等关键技术进行了分析。     

运载火箭低温输送系统间歇泉特性及抑制方案探究

为研究重型运载火箭液氧管道中的间歇泉现象并设计有效的抑制方法,调研分析了不同领域中间歇泉的研究现状及低温领域间歇泉的特点。揭示了低温推进剂管道中间歇泉的动态特性和产生机理,提出了重型运载火箭间歇泉抑制方法。研究表明：1)低温领域发生间歇泉的管道结构参数、热流输入方式、液体性质与其他领域相比有较大不同;2)减压沸腾是间歇泉产生的主要原因,弹状气泡不是低温管道中产生间歇泉的必要条件;3)间歇泉过程中会出现剧烈的压力降低和突增现象,在恶劣工况下压力波动可达兆帕量级;4)根据重型火箭的管路布局方式,可选择氦气注入或者外界热流引起循环流动的方法来抑制间歇泉。     

低温推进剂交叉输送管路关键技术研究进展

低温推进剂交叉输送(CPCF)技术是实现低温火箭动力冗余能力的关键技术之一,能够实现芯级和助推级推进剂的合理利用.该技术的核心部件是芯级和助推级之间的交叉输送管路,主要包括用于切断推进剂流动的隔离阀和管路连接分离装置.为了梳理CPCF核心部件的关键技术,首先对CPCF技术的基本运行原理和发展现状进行了简要阐述;其次对交...     

低温推进剂输送管绝热试验研究

用量热法分别测试了低温推进剂输送管聚氨酯发泡塑料绝热层和CC2冷凝真空绝热层的热导率。结果表明：聚氨酯发泡塑料具有一定的绝热效果，C02冷凝真空绝热层的绝热效果更好，但CO2冷凝真空绝热的工艺实施较难。工程上低温推进剂输送管可采用聚氨酯发泡塑料进行绝热。     

新一代运载火箭增压输送系统交叉输送技术研究

介绍了液体运载火箭和航天飞行器推进剂交叉输送技术的概念。分析了贮箱间和管路间两种交叉输送系统的原理和工作特点，以及国外如美国第二代航天飞机、三级并联火箭飞行器、宇宙神运载火箭，以及欧空局阿里安4LP运载火箭采用的交叉输送技术。阐明了交叉输送连接器和交叉增压等关键技术。对所研制的蝶型活门进行的气动螺栓分离和气动分离，以及以水为介质的交叉输送系统小比例系统试验结果表明，两种分离方案均能实现可靠分离，系统工作正常。推进剂交叉输送技术可用于改善捆绑式运载火箭和航天飞机的布局和性能。     

低温发动机试验推进剂入口温度控制

阐述了低温发动机起动前推进剂入口温度对试车的重要性,分析了以往试车入口温度过高的原因。通过对试验系统的改造,采用强迫排放推进剂的方法,降低发动机入口推进剂温度,保证发动机在起动前推进剂入口温度满足试验要求。经试车验证,所采取措施成功解决了试验系统存在的推进剂入口温度过高的问题。     

NEPE推进剂破片冲击数值模拟研究

为研究NEPE推进剂破片冲击响应特性,利用有限元动力学软件对NEPE推进剂受破片冲击的动力过程进行数值模拟,并进行试验验证。分析不同规格破片冲击起爆NEPE推进剂的情况,计算其临界起爆速度。结果表明,随着破片速度增加,NEPE推进剂受冲击响应情况有所不同,即破片速度在0～1121 m/s时,推进剂不发生反应; 1121～1247 m/s推进剂开始发生反应; 1247～2508 m/s推进剂响应情况由快速反应转为爆轰;破片速度大于2508 m/s时,破片直接引爆推进剂;破片质量和体积的增加都会使推进剂临界起爆速度减小,但影响程度递减;圆柱形和立方体破片冲击推进剂的临界起爆速度相近,都小于球形破片;钨合金破片和钢破片的临界起爆速度与破片质量和体积有关,但都小于铝合金破片。文中采用的破片冲击数值模拟研究方法可有效解决NEPE推进剂破片冲击特性研究的难题。     

复合固体推进剂静电危险性数值模拟

建立了一维非稳态传热、传质、裂纹扩展方程,对复合固体推进剂在静电激励下的危险性反应过程进行了数值模拟研究。计算了使一种HTPB推进剂发生危险的临界放电能量为0.74 J,与文献报道值0.76 J接近,说明本数值计算模型比较准确。在模型验证的基础上,考察了某推进剂的特征参数,如断裂韧性、裂纹扩展速度、固相分解热、燃速及静电放电时间对该推进剂发生危险时的临界放电能量和功率的影响规律。研究表明,放电时间、断裂韧性、裂纹扩展速度、燃速对推进剂发生危险变化的临界能量影响较大,断裂韧性越大、裂纹扩展速度越低、燃速越高的推进剂越容易在静电激励下发生危险。     

液体推进剂爆炸冲击波的数值模拟

针对现有液体推进剂爆炸实验危险性高、耗费大以及实验条件严格及重复性差等缺点及难点,利用Autodyn软件分别对一维和二维两种情况下液体推进剂爆炸产生的冲击波进行数值模拟,并与经验预测及相关实验研究进行比较分析。研究结果表明:在距离大于10 m时,利用软件模拟计算的结果与经验公式一致性较好,两者偏差不超过5%。数值模拟不仅可以准确捕捉冲击波峰值压力,而且还能够较准确地得到液体推进剂在空气中爆炸时冲击波的衰减过程,为液体推进剂爆炸事故的毁伤评估和安全防护奠定了基础。     

固体推进剂装药枪击试验数值模拟与试验

固体推进剂的枪击试验是评价固体推进剂及装药在受到枪击的情况下,是否发生燃烧、爆炸及爆轰等剧烈反应的重要试验方法。采用LS-Dyna有限元仿真软件研究了枪击试验推进剂的反应过程,并采用12.7 mm枪击试验验证了LS-Dyna的计算结果。结果表明,以点火增长模型、Johnson-Cook本构模型和Gruneisen状态方程分别赋予推进剂、子弹及推进剂壳体,计算结果表明,推进剂发生明显的燃烧反应,且推进剂燃烧在壳体内部产生的压力显著增大。采用12.7 mm枪击试验验证的试验结果表明,推进剂装药在12.7 mm子弹以约850 m/s速度撞击下,推进剂发生燃烧,此结果与模拟结果相一致。     

低温推进剂火箭喷泉效应及其抑制

针对低温推进剂火箭应用过程中出现的喷泉效应，在深入分析其产生机理的基础上，介绍了氦气注入、补充加注和循环回流三种相应的抑制方法。试验和应用结果表明，这三种方法可有效地实现系统平衡，抑制喷泉效应。     

低温推进剂空间管理技术研究进展与展望

本文介绍了低温推进剂的性能优势与空间管理挑战,梳理了低温流体空间管理(CFM)技术特征及其研究现状,建议按照重力依赖型与重力无关型分类开展技术成熟度提升研究。调研了美国逾半个世纪的CFM技术搭载实验研究历程,分析了各类平台的工作特性与性能优势。基于我国航天发展现状与未来需求,探析了我国开展CFM技术攻关、飞行搭载实验的可行方案。建议在我国载人空间站规划舱内低温技术实验柜与舱外暴露平台实验模块,加速我国CFM技术向工程应用的转化。     

深空探测用低温推进剂贮箱热力排气系统研究

针对低温推进剂长期在轨贮存所面临的贮箱压力升高这一实际问题,热力排气系统(TVS)已被国内外研究学者认为是最具应用前景的贮箱控压方式.通过对国内外不同机构所开展的有关TVS方面的研究进行文献分析,重点梳理了低温贮箱TVS控压实验方面的发展脉络;对比分析了不同研究机构所开展的TVS工况设置与运行性能差异;提炼了TVS运行...     

运载火箭推进剂复杂流动传热问题数值模拟中的模型简化方法

在运载火箭改进优化或新型运载火箭设计过程中,会遇到各种复杂的流动与传热问题。按照真实产品和物理过程直接建立的数值计算模型过于复杂,不同尺度的结构、流动与传热、长时间的飞行过程相互耦合,出现计算时间太长(数年)、收敛困难、程序调试困难等问题。针对初始条件复杂、飞行过程复杂、边界条件复杂3类具体问题,总结了3种相应的模型简化方法,分别是工程经验法、极限参数法、低维近似法,为推进剂复杂流动与传热的数值模拟提供参考。     

膏体推进剂和固体推进剂药浆稳态燃烧研究

在固体推进剂ＢＤＰ燃烧模型基础上，引入膏体推进剂燃烧效应这一新参数将模型推广于膏体推进剂和固体推进剂药浆燃烧研究，模型考虑了氧化剂粒度分布，组分配比，催化剂性有和膏体推进剂燃烧热效应等对燃速的影响，以及药浆固化有前后燃速差别，还有靶线法测量了某批次复合推进剂药浆固化前后燃速变化，论文结果可用于膏体推进剂的配方和性能预测，以及利用药浆燃速预示固化后推进剂燃速，监控固体推进剂制造质量。     

滑行段低温推进剂流动及换热特性对气枕压力的影响研究

运载火箭在飞行过程中需要进行姿态调整以满足入轨要求,贮箱内推进剂在外界干扰力的作用下将发生晃动,由此引入了诸如气液接触面积、蒸发、冷凝过程及推进剂流动变化等不确定影响因素。实际飞行过程尤其是进入滑行段的初始推进剂晃动对贮箱内气枕压力及推进剂流动行为具有重要影响。在调研国内外运载火箭末级飞行过程中低温贮箱压力及推进剂流动特性的基础上,建立仿真模型,采用流体体积函数方法(VOF)分析滑行段推进剂流动特性变化对贮箱气枕压力的影响。