固体火箭发动机燃气二次喷射推力矢量控制试验研究

介绍了固体火箭发动机卧式六分力试车台系统及其测量原理,设计了燃气二次喷射固体发动机试验系统,完成了燃气二次喷射发动机原理性试验。试验结果表明,二次喷射具有放大作用,燃气二次喷射能产生较大的侧向控制力。试验得到的推力矢量控制偏角为7°,二次喷射燃气侧向比冲为2 366.4 N.s/kg,其效率远高于液体二次喷射。     

关于固体火箭多分力试车台的动特性研究(横推力测试系统)

1、前言测定火箭发动机地面燃烧试验的推力方向控制力(以下称横推力)一般用多分力试车台。我所使用奥蒙德公司(ORMOND)生产的MCT3055—44K 的六分力试车台对于二次喷射JCR 型固体火箭发动机的地面试车进行了包括横推力在内的各个方向推力的静态数据测试,取得了良好的结果。     

某型号固体发动机推力测试偏差与侧向力干扰问题分析与试验

分析了影响某固体发动机静止试验推力测试偏差的因素.分析结果表明,由于试车架结构问题,发动机工作过程产生的偏斜力与偏心力以及各个方向的振动是推力测试偏差过大的主要因素.据此优化设计试车架结构,控制并减少安装偏差,消除侧向力对工作传感器的干扰,提高推力测试的可靠性,以满足固体火箭发动机推力测试技术要求.     

固体火箭发动机推力向量控制系统评述

固体火箭发动机推力向量控制系统的功用是根据飞行器控制系统的指令,偏转发动机喷焰排出方向,使其与飞行器轴线偏斜一定角度θ,从而改变反作用推力F的方向,此时,发动机推力F的径向分量Fsinθ就是侧向控制力Fs,它围绕飞行器重心产生一个控制力矩,用于飞行器姿态的稳定与控制。推力向量控制系统按指令要求控制推力向量偏角θ的方向与大小。     

固体火箭发动机瞬态推力测试装置

本文提出一种实用性较强的瞬态推力测试装置,适用于测量推力上升或下降时间大于4毫秒,推力值从几十牛顿到数百牛顿,推力测试系统固有频率较低的固体火箭发动机瞬变推力。文中指出推力测试的实质问题:利用低频推力测试系统测量高频瞬变推力时,存在着动态畸变和动态误差,阐明了以瞬变力模拟补偿仪和拉压力应变式传感器为主体的瞬态推力测试装置的工作原理。     

某型号固体火箭发动机高速旋转试验台设计

火箭发动机旋转试验台可在地面模拟火箭发动机飞行过程中的高速自旋环境,通过对发动机旋转工作状态下的控制和监测,为旋转发动机流场及内弹道研究提供试验数据。为模拟发动机旋转时点火飞行的受力工况,试验台不仅需驱动发动机一起做高速旋转运动,保证发动机在轴向上具有自由度以测试推力,还需承载发动机点火时产生的巨大冲击振动。为此,试验台采用卧式布局,底座通过预埋件与混泥土基建固连,提高试验台抗倾覆能力;驱动系统采用大功率电机,通过传输轴间接驱动发动机达到高转速;转子外部增设防护罩,防护转子的高速旋转;在工程设计中,通过对核心部件进行结构优化和质量控制,降低转子转动惯量和提高结构强度,并使其满足固体火箭发动机进行旋转的同时具有轴向自由度。最后,对转子进行了仿真和动平衡分析。结果表明,试验台结构上要求核心部件为轴对称结构,表面无凸起,在离心力作用下,套筒半径越小、壁厚越大、长度越短,结构强度越好,并且壁厚对变形量的影响较为显著,经过优化设计核心部件,可保证装置稳定运行。     

基于推力矢量控制的固体火箭发动机气体二次喷射研究

采用二维雷诺平均方程和κ-ε湍流模型,对固体火箭发动机气体二次喷射复杂干扰内流场进行了数值模拟。借助数值模拟技术,对气体二次喷射推力矢量喷管的部分方案进行了初步探索,研究了不同喷射参数对气体二次喷射流场特征及侧向控制力的影响,并分析了其原因。结果表明,二次喷射气体的喷射孔位置、喷射角及喷射总压等因素对侧向力的影响相互耦合,适中的喷射孔位置、逆流喷射角及较大的喷射总压都能有效增加侧向力及矢量角。     

水下固体火箭发动机的负推力现象研究

针对水下固体火箭发动机工作环境压强高的特点,结合固体推进剂的燃烧特性,采用UDF方法定义喷管入口边界条件,建立了固体推进剂燃气质量生成与水下超音速气体射流的耦合计算模型。将该模型的计算结果与水下固体火箭发动机的实验测量结果进行对比,验证了该模型的合理性。研究发现,水下固体火箭发动机在点火初期会出现负推力现象,负推力产生的原因是发动机点火初期,喷管内被过度压缩的燃气冲出喷管后,在喷管尾部形成一个超音速燃气泡,超音速流动使泡内压强降低;同时受到流动惯性作用的影响,气泡持续膨胀使泡内压强进一步大幅降低,发动机前后端面上的压差最终导致负推力现象产生。     

火箭动力飞行器推力线快速测算方法

为解决传统火箭发动机安装推力线测量方法耗时较长的问题,通过分析推力线偏差因素、构建偏差计算模型,得到工程简化的推力线快速测算方法。将飞行器推力线偏差分为机体结构偏差和发动机自身推力线偏差,在飞行器装配阶段利用现代化雷达或光学测量技术获取飞行器结构偏差,并结合发动机生产阶段自身推力线偏差数据,可快速计算、获取飞行器安装推力线。最后采用激光雷达推力线测量方法进行对比测试,试验表明快速测算方法仅耗时约10 min、且最大误差小于0.1°,从而验证了该方法的便捷性和有效性,可应用于液体或固体火箭动力飞行器推力线的快速获取。     

差分流量调节推力矢量控制研究

为了了解差分流量调节实现推力矢量控制的特点,参考塞式喷管发动机XRS 2200的工作参数,对多单元直排型塞式喷管模型发动机进行了数值计算。介绍了差分流量调节的计算方法和内喷管与塞锥推力矢量变化的分析过程,计算产生的俯仰力矩。结果表明,差分流量调节时,塞式喷管轴向合力基本保持不变,不损失轴向推力性能;俯仰力矩包括轴向力和侧向力产生的两部分力矩,随差分流量调节增大而增加,有很好的偏转性能。结论可以为差分流量调节的实验研究提供参考。     

美航天局确定火箭振动解决方案

美国航空航天局已确定了解决“战神”1火箭潜在振动问题的几种办法，并认为问题没最初所想的严重。有关部门去年10月发现。该火箭固体发动机第一级的推力振荡可能同火箭振型耦合。这种五段式固体发动机内的压力脉动频率与全箭第二纵向振型的固有频率接近，从而有出现纵向耦合振动的危险。进一步分析后，该局认为这对火箭结构和系统没有威胁或威胁很小，但振动可能会让箭上乘坐的宇航员难以工作，包括查看飞行显示。     

印度宇航研究院简介

印度宇航研究院(ISRO)是印度航天用固体火箭发动机的主要研制机构.二十多年来它为印度的探空火箭和运载火箭研究了多种固体发动机.该院具备固体发动机及其各项分系统的研制能力,以及有关设计工具和设计软件.该院拥有推进剂厂,复合材料厂,发动机无损评定和组装设施,环境试验设施,地面试车台,包括单分力、六分力、高空模拟试车台.原材料以及发动机生产的其他配套项目,依靠印度工业界有关工厂.固体发动机关     

固体火箭发动机推力向量控制系统动力学计算

针对某固体火箭发动机推力向量控制系统运动中接头内部受力状态复杂且试验难以测量的问题,建立了该系统动力学计算模型,计算了接触数组参数,对该发动机推力向量控制系统进行了多体动力学计算。得到了系统运动规律,接头内滚动体与阴、阳球体间的接触力、摩擦力矩和系统作动力矩。最后通过与理论计算和冷摆试验结果的对比,验证了建模和计算的合理性,得到了更接近实际的结果。     

系统在仅测量位移时的瞬态性能

在固体火箭发动机试验台上,通常使用负荷传感器测量推力,即仅测量运动方程中的位移一项。本文探讨此种情况下动态响应问题,通过理论分析给出相应的图表,以便根据所要求的测量精度,得到所需的系统固有频率,或者查得系统的幅值和滞后误差。最后介绍了电模拟技术。     

双脉冲固体火箭发动机燃烧室声腔特性仿真分析与试验研究

相比传统固体发动机,双脉冲固体火箭发动机利用隔舱装置将推进剂装药分段隔离,实现二次启动和间歇推力。因其燃烧室声腔结构复杂,声腔特征长度的定义模糊,导致无法准确计算燃烧室声腔模态频率。为了深入研究发动机声模态特性,避免燃烧室声腔与弹体结构或发动机内流场发生耦合、诱发不稳定燃烧现象,通过仿真分析获得了声腔的固有频率和振型,结合试验结果验证了数值模型的正确性,并首次明确了燃烧室特征长度的提取方法,对圆柱形声腔频率计算公式进行了修正,建立了适用于双脉冲固体火箭发动机的声腔频率计算模型,提高了发动机声模态分析的效率和精度。     

侧向旋转射流进气对固冲发动机性能的影响

采用Reynolds应力方程模型及涡耗散燃烧模型,在不同旋转工况下给定相同进气流量,对侧向进气固冲发动机补燃室湍流反应流场进行了数值计算,得到了燃烧产物的平衡组分、燃烧温度和其他热力学参数,并在此基础上计算了补燃室燃烧效率、发动机推力等参数。数值模拟表明,对于侧向进气固体火箭冲压发动机,在空气射流中引入旋转流动,能有效提高补燃室内的燃烧效率,进一步提高发动机性能。燃烧效率随旋流强度呈先增大、后又减小的规律。采用最佳旋流数的旋转进气后,可使发动机推力提高约2.3%。     

旋转飞行器固体火箭发动机非稳态气流作用分析

分析小卫星发射最末级出现章动现象的原因,在飞行器运动方程的基础上,引入非稳态气流作用力矩模型,计算了实际的飞行器参数。结果显示,非稳态气流产生的侧向扰动力矩是飞行器发生非稳态圆锥运动的主要因素。当扰动力矩的作用逐渐超过喷气阻尼力矩时,就会出现章动现象。若发动机在扰动力矩没有迅速增大之前停止工作,章动幅度就不会增大到使飞行器失稳的程度。分析结果可为旋转飞行器固体火箭发动机的设计提供参考。     

冲击作用下推进剂变形的流固耦合分析方法

固体火箭发动机的点火过程是一个复杂多变的理化过程,具有时间短、升温、升压梯度大等特点。针对固体火箭发动机点火过程中的装药结构完整性问题,文中建立了一套用于分析冲击作用下固体推进剂变形现象的仿真模型。采用RANS和ALE方法,分别对流体域和固体域进行求解,以两场独立交叉耦合迭代的模式实现了仿真过程。以一个推进剂冷流冲击实验作为算例,对仿真模型进行了验证,计算值与测量值间误差不超过10%,仿真模型计算可靠,具有向固体火箭发动机实际点火过程拓展的价值。     

推力向量控制——液浮喷管(综述)

本文介绍了从70年代发展起来的固体火箭发动机新颖的推力向量控制方案——液浮喷管,液浮喷管最大的特点是操纵力矩小,本文较全面地讨论了液浮喷管的优缺点、基本结构、设计计算,以及有关特性等。     

基于固体火箭发动机耗尽关机的混合轨道自适应制导方案研究

针对固体火箭发动机在指令关机后存在量级小但顽固的后效冲量及推力偏差大等问题,提出了将速度增益制导(VIC)、末速匹配修正二者结合的混合轨道自适应制导方案。通过Lambert定理给出了VIC方案中需要速度的计算模型,并采用非线性的推力矢量控制(TVC)方法分析了增益速度的导引算法。为了克服固体发动机关机后仍存在量级小但顽固的后效冲量问题,并更有效地实施机动变轨,通过预测推进剂的剩余能量,并结合VIC的计算模型,建立了以增益速度匹配当前固体推进剂耗尽时产生的可能速度增量、并直至发动机自然耗尽的末速匹配修正方案。初步仿真结果表明,该制导方案具有更大的可伸缩性和广泛用途。