液氧煤油发动机步进电机测控仪设计与应用

针对液氧煤油发动机在地面热试车过程中对工况变化和极限工况条件下工作性能的考核需求,提出采用集成一体化隔离技术的电机测控仪对流量调节器和燃料节流阀步进电机实施控制,并完成从电机检测、调节组件试验、发动机装配、热试车到交付出厂的测量和控制工作。研究过程采用定时器变频中断电机变速控制、PWM斩波细分驱动、多级中断嵌套和远距离测量等关键技术,解决了步进电机长距离、大驱动力矩下快速启停平稳控制要求,以及试车双路电机同时基下独立调节和角度同步测量,实现液氧煤油发动机试车过程推力和混合比稳定调节。400余次热试车及各项试验验证,电机控制频率偏差小于±2 Hz,角度控制精度小于±0.25°。     

一种开闭式泵试验系统及控制方法

针对泵试验开式系统NPSHr测量精度低、大功率泵闭式系统发热量大的问题,提出了一种开闭式泵试验系统的设计及控制方法,该系统能完成各试验数据的采集、显示、处理、自动调节、校正和打印。通过储水罐的等流量调节,使试验系统更加稳定、可靠,精度也大为提高。     

液氧／煤油发动机煤油高低温试验工艺技术

为了进行液氧／煤油发动机煤油高低温试验,试车台必须具备煤油换热能力,掌握换热工艺。通过分析和比较,确定了煤油换热系统的组成、换热方法及煤油中游离水的去除方法。介绍了煤油换热的时间安排、煤油升温和降温的工艺过程、换热用煤油的流量调节及温度控制要求。提出了试车前煤油温度的保证方法、系统调试及模拟试验的实施效果评定方法。     

液氧／煤油发动机煤油预压涡轮泵技术

液氧／煤油发动机采用独立的预压涡轮泵装置可减小推进剂组元贮箱的增压和提高主泵的转速,从而提高主泵的效率并降低其结构质量。以煤油预压涡轮泵为例,阐述了预压泵结构特点、轴承冷却系统及轴向力平衡装置。为提高预压泵的抗汽蚀性能和扬程．提出了变螺距变轮毂诱导轮方案,分析了流量系数、螺距及轮毂形状,并对诱导轮内流场进行了数值模拟,获得了其内部流场结构。水力试验结果表明,煤油预压泵性能稳定．在预压泵额定流量下,可使煤油主泵的入口压力提高约0．4MPa,与设计值相符。     

新型运载火箭低温加注工艺流程及控制策略研究

运载火箭的不断更新换代,对科学的加注工艺提出了更高的要求。以某新型火箭液氧低温加注系统为研究对象,依据低温推进剂的加注结构特点,设计了液氧低温加注工艺流程及相应的控制策略,即以流量为控制目标的PID-DMC串级控制算法。采用分层控制策略,科学合理地通过调节阀门开关控制储罐压力大小,最终达到控制复杂加注系统的目的,并将其应用于某加注任务实践,取得了较好的效果,有效地提高了加注系统的可靠性、安全性。研究结果对新型火箭加注及决策具有实际指导作用。     

液氧/煤油发动机涡轮吹风用燃气发生器研制

简要介绍了用于液氧/煤油发动机涡轮吹风试验系统的燃气发生器的研制,通过对该燃气发生器的工作原理、参数等的分析、计算,确定了该燃气发生器的结构,进行了喷嘴流量、雾化试验和发生器的热调试,满足了试验系统的最大流量要求,为液氧/煤油发动机涡轮泵的研制提供了保障,表明该燃气发生器的研制是成功的.     

基于LabVIEW的调节器低温动性能试验台测量系统设计

流量调节器是液氧煤油火箭发动机中关键的自动调节装置,其动态性能直接影响发生器乃至发动机的工作特性.为进一步验证流量调节器工作可靠性,设计并集成了调节器低温动性能试验台测量系统.测量硬件基于PXI系统搭建,软件基于LabVIEW平台进行编程.首先介绍了测量系统的总体方案及工作原理,然后对热电偶测量方法、硬件选型、软件总体架构、软件子模块设计及拖拽式数据显示方法进行了重点阐述,最后简要说明了测量系统的调试方法及结果.测试结果表明,测量系统稳定、可靠,能满足试验要求.     

液氧泵机组的自动控制

一般大功率三相异步电动机采用的降压启动、现场操作和预先设置启动时间的控制方式不能适应液氧加注对55kw泵机组自动控制提出的既能适应计算机系统的远距离控制又能根据启动时负载大小自动调节启动时间的要求。本文重点阐述泵机组的启动方式、原理及改造后的控制方式。该种控制方式特别适用于泵机组工作环境恶劣和加注有害介质的场合，为今后发展液氢泵和其它民用大功率泵机组控制方式提供了借鉴。     

液氧/煤油发动机换热器试车台配气系统设计

在液氧/煤油发动机研制试验过程中,需要对发动机的换热器进行试验验证,以此来满足发动机对换热器的要求。主要阐述了利用音速孔板控制以及计算气体流量的具体方法、理论计算,以及使用过程中所存在的问题和解决的方法。所设计的配气系统满足了液氧/煤油发动机换热器系统的试验要求。     

低温泵式加注技术研讨

论述了采用泵式大流量液氧加注的必要性及泵式补加的技术问题；分析了大型液氧加注泵研制中可能遇到的水力性能、轴密封及悬臂支承等几个关键技术；提出了解决这些问题的途径及方案。     

我国首次闭式循环发动机发生器-涡轮泵联动试验研究

液氧/煤油闭式循环发动机发生器-涡轮泵联动试验的特点是发生器组元供应依赖氧泵及煤油泵;联动试验产品自身起动,化学点火,闭式循环工作;通过流量调节器、节流阀、工艺喷管和多级节流装置实现系统调节和参数平衡.联动试验的主要目的是考验涡轮泵、发生器、阀及相关分系统的方案可行性及工作协调性,掌握补燃循环系统的起动特点及试验技术.本文论述了联动试验系统总体方案、关键技术攻关研究、分系统地面冷试方案、试验工况调整、试验程序确定及试验保障措施等试验方案设计过程,对进一步试验和同类型试验具有重要参考及借鉴价值.     

补燃循环发动机推力调节过程建模与仿真研究

以补燃循环液氧煤油发动机为研究对象,对其推力调节特性进行了研究.建立了描述补燃循环发动机瞬变过程的数学模型,提出了求解供应系统管路内液体瞬变流控制方程的Chebyshev伪谱方法,应用该模型对补燃循环液氧煤油发动机的推力调节特性进行了仿真计算,并将计算结果与试验数据进行了对比分析,验证了模型和算法的合理性.研究结果表明：对于所研究的补燃循环发动机系统而言,通过调节发生器中较少组元的流量,改变涡轮泵的功率,可很好地实现调节推力的目的,且该推力调节系统具有良好的动态调节品质和很强的抗干扰性.     

补燃循环发动机推进剂利用系统研究

采用推进剂利用系统可以提高运载火箭的发射能力。以液氧/煤油富氧预燃室补燃循环发动机为例,提出的混合比调节系统方案为:在推力室燃料主路设置全流量的混合比调节器,由步进电机驱动,可以实现混合比连续调节。与我国现有的液体火箭发动机相比,这种调节方式可以实现全流量调节,调节范围大。同时,混合比调节时对推力、比冲和涡轮泵转速等参数的影响很小,对发动机系统和组件的影响也较小。发动机混合比调节范围可以达到±10%,调节速率为每秒2%以上。     

大型冷却塔风机变频技术应用

筒要介绍了变频调速技术在冷却塔风机控制与节能上的应用原理及其应用效果,说明了变频技术在大功耗、工况起伏大的风机(或泵类)装置控制上的先进性。建议选择变频调速方式的一般原则,比较了风机恒速、智能与变频控制之间的差异,探讨了变频技术在石化企业水塔风机装置上推广应用的必要性。     

液氧加注过程热力性能分析

为满足某型号运载火箭动力系统试验液氧加注温度要求,需对加注过程进行热力性能分析。通过对常规氧加注过程因漏热和流阻损失引起的温升、液氧泵效率损失引起的温升进行理论计算,得出常规氧加注过程液氧温度变化规律。此外,通过对过冷氧温度掺混特性进行理论计算和数值仿真,得出过冷氧加注的热力性能。上述分析结果与实测数据进行了比对,结果表明,理论分析结果与实测结果吻合性好,液氧加注过程热力特性分析方法正确可行。     

小样本下煤油加注温升模型参数估计方法

为消除火箭煤油加注实测温度与现行加注温升模型计算理论温度之间的偏差,准确估计煤油加注温升实现精确加注、精准控制,在靶场实测数据仅为小样本数据的现实条件下,采用贝叶斯回归方法,将经验参数作为先验信息给出待估参数的先验分布,由实测数据计算贝叶斯风险,通过最小化风险函数实现对煤油加注温升模型的参数优化估计。数值实验结果表明,与给定的经验参数和经典最小二乘估计参数相比,贝叶斯估计参数估算的加注结束温度与实测温度误差显著减小,且随着可用的数据样本容量相应增大,贝叶斯回归分析的参数估计精度呈现收敛趋势。贝叶斯方法进行煤油加注温升模型参数估计有效提高了加注温升模型精度,为提高推进剂加注精确度提供了方法基础。     

离心泵加注系统工作可靠性研究

介绍了离心泵泵压加注系统组成和工作原理,通过计算离心泵和泵压加注系统的扬程,得到扬程与流量关系式,绘制离心泵扬程与流量特性曲线和泵压系统扬程曲线,由两条曲线相交确定离心泵工作点。然后绘制泵压加注系统在管路流阻、容器液位动态变化情况下离心泵工作点的变化曲线,分别和离心泵扬程与流量特性曲线相交,分析曲线图上不同流阻、液位下的离心泵工作点,得出导致离心泵偏离正常工作点的主要因素。理论分析结果经验证与泵压加注系统实际运行结果基本一致。依据分析结果,制定了针对性的控制措施,达到提高离心泵加注系统的工作可靠性的目的。     

冲压空气涡轮泵供应系统方案设计及特性分析

为了把冲压空气为动力的涡轮泵供应系统从亚燃冲压发动机拓展应用至超燃冲压发动机,基于煤油燃料的双燃烧室冲压发动机(DCR)提出了一种冲压空气涡轮泵供应系统方案。供应系统的设计方案中,对涡轮泵选型、系统的调控策略及取气/排气方案进行了初步设计。同时,建立了供应系统的静态模型,通过系统压力、流量及功率平衡组成非线性方程组,使用牛顿迭代法对非线性方程组进行数值求解,得到了冲压空气涡轮泵供应系统在不同工况下的静态特性。最后,分析了飞行Ma范围在3.5~5.5下涡轮泵的性能和调节的变化规律。结果表明,涡轮所需的空气流量约占DCR发动机捕获空气总流量的3%,取气方案对发动机气动性能影响不大;离心泵的特性参数相对稳定,可以一直处于高效率工况下工作,但系统对增压后的燃料利用不足,造成涡轮功率利用率较低。     

预压涡轮泵水力性能试验系统

为了进行液氧/煤油发动机预压涡轮泵的水力性能试验,在充分论证的基础上,完成了液氧/煤油预压泵水力试验系统的设计建造.试验系统建成后进行了预压泵的性能试验、汽蚀试验及预压泵与预压涡轮的匹配性试验,达到了预期的试验目的,为预压涡轮泵的设计、改进提供了有效的依据.     

过氧化氢电动泵结构设计与分析

面向火箭冲压组合发动机推进剂调节范围宽、调节模式多样的特点,提出以结构简单、控制方法简洁的过氧化氢/煤油电动泵供应系统来替代传统的涡轮泵系统将更具优势.针对高浓度过氧化氢高温不稳定性及相容性特点,开展基于电机驱动的过氧化氢离心泵一体化结构设计,以高功重比为目标进行过氧化氢泵设计分析.聚焦过氧化氢介质受高温易爆的问题,利...