泵压式多次起动发动机起动过程仿真研究

某型上面级液体火箭发动机采用可反复充填的起动箱作为起动系统,实现了泵压式发动机的多次起动,但相比火药起动器炮式起动方式,发动机起动过程更为复杂。为研究发动机起动过程工作特性,应用Modelica语言,基于MWorks平台建立了起动箱多次起动泵压式发动机动态特性仿真模型,对发动机起动过程进行了仿真研究,分析了起动箱压力、起动箱内推进剂消耗量、起动参数设置对起动过程的影响。结果表明:发动机每次起动推进剂消耗量远小于起动箱设计容积;起动过程参数变化呈现"挤压起动-再充填-稳态工作"三个平台变化的显著特征;发动机在较大起动箱压力范围内均能够保证正常起动。发动机热试车结果验证了发动机起动时序设置的合理性和起动箱参数设置对起动过程的影响。     

可贮存推进剂泵压式液体火箭发动机多次起动系统研究

在推力超过一定量级、任务时间较长的情况下,泵压式发动机比挤压式发动机具有明显的技术优势。从国内外上面级及重型空间飞行器推进系统的发展需求来看,均要求其主发动机具有多次起动工作的能力。针对采用可贮存推进剂的泵压式液体发动机多次起动需求,对几种可选的多次起动系统方案进行了比较分析,介绍了起动箱式起动系统的研究情况。     

小推力泵压式发动机自身起动过程仿真分析

根据二级箭体钝化处理的需要,小推力泵压式游动发动机需要在低入口压力下 实现自身起动,进入稳态工作.在MWorks通用仿真平台的基础上,建立发动机起动过程系统仿真模型,通过试车数据验证了仿真模型的合理性.进一步分析了发动机的入口压力条件、主阀流阻以及环境压力对发动机起动过程的影响.结果表明:发动机能够实现自身起动,但起动过程较长;氧化剂的入口压力对发动机自身起动过程影响很大,氧化剂入口压力降低,涡轮泵起旋时间延迟明显,起动品质变差;降低发动机主阀流阻,能够使涡轮泵起旋时间提前,改善起动品质;环境压力降低使推进剂充填过程加快,涡轮泵起旋和工况爬升加快,有利于发动机的自身起动过程.     

基于热仿真的泵压式多次起动发动机热控设计

某上面级主发动机采用常温可贮存液体推进剂,采用泵压式供应方案,依靠起动箱式多次起动系统使发动机具备多次起动工作能力,在轨工作2天。为使发动机温度环境满足工作要求,对发动机进行了热控设计,热控方案采用被动热控措施为主、主动电加热措施为辅以及起动前排放的综合措施。发动机热控设计基于热网络仿真分析法,通过建立整机热分析模型预示发动机任务剖面温度变化,为发动机提供合理的热控设计方案。     

500t级液氧煤油补燃发动机起动过程仿真研究

500t级液氧煤油补燃发动机是我国首台采用双推力室方案、自身分级起动方式的重型液体火箭发动机。结合重型发动机特点建立了描述发动机起动过程的数学模型,通过数值仿真分析了影响发动机起动特性的主要因素,确定了发动机的起动方案。研究结果表明：液氧主阀和发生器燃料阀打开时差应确保发生器点火在氧头腔充满后进行;流量调节器的转初级起始时间应早于推力室建压时间;燃料节流阀转大流量应在发动机起动受控段进行。     

液体火箭发动机“热泵”起动研究

多次起动泵压式液体火箭发动机存在"热泵"起动故障,主要原因是发动机再次起动时,泵部件的温度过高引起推进剂气化,导致推进剂增压泵不能够正常建压。因此提出一种"热泵"起动故障的解决方案:在发动机系统上增设排空系统和排放系统,降低泵部件的温度及泵腔的含气率;在涡轮和泵之间增加隔热结构,减少它们之间的热量传递;对发动机再次起动的时序进行调整。该方案结合某型多次起动泵压式上面级发动机试验验证,"热泵"起动故障圆满解决。最后通过对不同试验结果和高空环境仿真结果的对比,验证了该方法的正确性,能够提高发动机再次起动的可靠性。     

固体火箭发动机水熄火试验研究

本文简要介绍了固体火箭发动机水熄火多次起动研究的试验系统,给出了发动机水熄火的初步试验结果。试验结果分析认为,双基推进剂比含铝量较高的复合推进剂容易实现可靠水熄火,而且有可能在较短的时间里应用于某些固体火箭发动机的多次起动,本研究为固体发动机多次起动技术的进一步深入研究打下了基础。     

膏体推进剂点火和燃烧特性的实验研究

膏体推进剂的点火和燃烧特性是发动机设计的重要参数。本实验研究给出的PEPA／AP膏体推进荆自燃温度约为150℃，容易点燃；在工作压强大于0．6MPa时的燃烧临界直径小于1mm。在发动机工作状态下的燃速与静态燃速一致。预计该推进剂适合于多次起动的发动机。     

固体火箭发动机多次起动研究述评

本文较全面地介绍了国外研究固体火箭发动机多次起动的方案,包括液控型、单室分段型、双室型、旋流阀控制型、枢轴式喷管型、全固体熄火型和水熄火型等,并分析了各方案的优缺点,指出了今后研究的方向。     

液体火箭发动机气动谐振点火技术的研究

基于对液体火箭发动机重复多次可靠起动的要求，气动谐振管的热效应可用来形成高温高能的点火源，对氢氧液体火箭发动机，研制了同轴氢氧谐振点火器，对包括氢氧推进剂的所有非自然液体火箭发动机研究了氦气谐振热表面点火器，研究结果表明这种新型的气动谐振点火技术是结构简单，高可靠性，无毒，无污染的非电钝感点火技术，对于重复多次起动的液体火箭发动机有着诱人的应用前景。     

某型火箭发动机起动过程实时故障检测算法研究

以某型火箭发动机为研究对象,针对其起动工作过程,利用Matlab和LabWin-dows/CVI等编程语言,结合神经网络理论,开发了其起动工作过程的实时故障检测算法。使用了多次试车数据进行离线检验,结果证明该算法能够及时、有效地检测出该型火箭发动机起动过程的已有故障,并能够满足实时性的要求,没有出现误报警和漏报警。     

F-1A发动机和SSME展望

目前正在研究采用 F-1的衍生物——F-1A 作助推发动机,采用 SSME 作上面级发动机。现已完成了 F-1A 发动机再次启动的性能评估研究。已确认该发动机改型项目的总数达224项,最直接的问题是生产现代化或利于规模生产。研究中未找出至关重要的技术问题。对 SSME 的评估着重于高空起动或轨道再起动组合使用的模拟。本文讨论了入口压力变化及热响应相互之间的关系。对阀的工作程序和发动机上控制孔板作了小小调整,使发动机的高空起动模态与地面起动的情况相同。发动机的轨道模态还要求有少量推进剂进行再循环并稍加一些加热控制,以确保在初始射入后从一个轨道到三个轨道的满意起动。     

无毒推进剂泵压式变推力发动机工作过程仿真

根据无毒推进剂泵压式变推力发动机系统方案,建立了组件数学模型,在此基础上进行了工作过程仿真计算,并对主要影响因素进行了分析。结果表明：发动机各组件能协调工作,但起动加速较慢,发动机变推力时阶跃响应较长;起动箱气腔容积越大,起动越快。     

阿里安5运载器上面级的推进剂阀组件

本文描述为阿里安5运载器上面级研制的独特的推进剂阀组件。阀组件控制到主轴向推力为27kN 的发动机的可贮存推进剂流量。发动机用来对地球同步卫星进行轨道机动调整,因而要求具有再次起动的能力。为了易于实现再次起动功能,发动机控制系统有一箭上吹除系统。阀组件将推进剂流量控制和吹除功能结合为一个紧凑的轻型组。每个阀组件由一个先导操纵的推进剂控制阀、一个先导操纵的吹除阀、一个单向阀和一个冲破膜片组成。冲破膜片将阈组件与推进剂隔开,并允许在使用前长期贮存。阀的驱动流体和吹除工质均为氦气。先导阀为三通电磁阀.用于流量控制和吹除的先导阀是一样的。每个先导阀用微型开关指示位置状态。     

空间发动机真空起动点火时差及其实现方法

液体火箭发动机在真空中起动时，燃烧室内易产生三相共存的状态，其中凝聚相能引起不正常的起动压力峰而损坏发动机。本文研究了甲基肼和四氧化二氮组合为推进剂时真空起动的点火时差，以便尽量减少着火前上述状态的存在程度。给出了利用控制阀通电时差、充填时差和控制阀响应时差这三种起动方式来实现该点火时差的方法。前两种方法已在某远地点发动机上使用并获得成功。     

液氧/煤油发动机试验起动过程推进剂供应技术

介绍了液氧/煤油发动机试验起动过程中的煤油供应技术。主要叙述起动容器系统的设计、主容器和起动容器接力工作和两个容器同时工作的工作方法及试验程序以及两个容器同时工作时起动容器液面的控制方法及影响因素。     

发动机起动过程中泵出口压力计算及分析

通过建立数学模型,对发动机起动过程中,当泵后主阀打开时,泵出口压力下降的原因进行了分析计算,认为是由于液体推进剂的加速流动导致泵入口压力大幅下降并在泵腔中引发短时汽蚀所致.     

补燃循环发动机起动过程涡轮功率控制

分析了采用富氧燃气发生器的补燃循环发动机起动过程中涡轮功率的控制方法,指出起动过程中涡轮功率的主要控制参数为发生器温度和涡轮压比。起动过程中发生器温度的控制依靠选择合适的流量调节器起动流量、转级时间和转级速率来实现。起动过程中涡轮压比的控制需要控制推力室的建压时间和建压幅度,这需要选择合适的推力室燃料主阀打开时间、燃料节流阀转大流量的时间。通过数值仿真,分析了上述控制方法对发动机起动过程的影响机理。     

针对可重复使用和重复起动应用而对俄罗斯NK—33火箭发动机进行的改进和验证试验

Aerojet 公司得到俄罗斯登月计划使用的已经飞行验证的液体火箭发动机后,用现代仪器和控制把它改进成可重复使用和重复起动发动机,并用热试车验证了这些改进项目。NK—33液氧/煤油发动机是 Samara 州科学和生产企业“TRUD”(现称为N.D.Kuznetsov Samara 科学技术公司)为苏维埃 N—1运载器设计制造的。该补燃发动机产生的高压(14.54MPa 的室压)和高性能(真空比冲为3246m/s)是西方的烃类发动机从来也没有实现过的。Aerojet 公司引进了36台 NK—33发动机、9台 NK—43发动机(N.D.Kuznetsov SSTC 同一发动机在上面级的翻版)。NK—33发动机改进后将首先用于 Kistler K—1运载器。改进项目有:用电磁阎替换火药起动阀;替换推力和混合比控制用的机电起动阀;重新设计吹除供给系统;更换涡轮泵起旋和主燃烧室点火器的固体推进剂;为增加万向节和推力矢量控制架而重新设计更换机架。增加阀、火药起动器和管路以重新起动发动机,更换设备和电缆束。Aerojet 对该发动机进行了成功的热试车,以验证新部件和结构,并开始研究可重复使用 Kistler 运载器上的发动机耐用性。本文描述了对原始俄罗斯发动机的改进项目,报道了至今为止的试验结果。     

小推力推进系统起动过程的分析

本文对小推力推进系统各部件建立了数学模型，并对此系统进行了数值计算。计算结果表明，在燃烧时滞较大时，该系统响应较慢，发动机参数的超调量较大，达到稳态所需的时间较长；轨控发动机与姿控发动机共用同一个供应系统时，姿控发动机受燃烧时滞的影响更大。减小燃烧时滞有利于提高发动机在起动过程的响应能力和稳定性。在起动阶段，高室压推进系统比低室压推进系统响应快，高室压轨控发动机的参数能较快地稳定下来，但其超调量较大；高室压姿控发动机虽然响应快，但其超调量大，达到稳态所需的时间长于低室压姿控发动机。本文所得结论为提高小推力推进系统在起动过程的响应能力提供了参考。