核热火箭发动机循环方案对比分析

针对未来载人火星探测、大型星际货物运输等的空间动力问题,开展核热推进技术系统循环方案展开对比分析。根据文献调研结果,确定了热抽气循环、冷抽气循环和膨胀循环等3种核热火箭发动机系统循环备选方案,根据自编核热火箭发动机参数平衡计算软件,针对10 t推力的核热火箭发动机应用背景,对上述3种方案进行系统参数平衡计算,得到各方案详细的热平衡工作参数;根据计算结果对3种方案进行对比分析,在相同初始设计条件下,膨胀循环方案推力和比冲均最高,性能最优越,可以作为今后核热火箭发动机系统的首选方案。     

火箭发动机增压系统关键换热参数辨识

针对火箭增压系统设计过程中关键换热参数难以确定的问题,提出1种基于混沌自适应粒子群算法（ACPSO）的增压系统换热参数辨识方法。建立了考虑换热模型的液体火箭增压系统非线性数学模型,通过灵敏度分析筛选出待识别参数,采用含有早熟抑制和惯性权重自适应调节策略的粒子群方法对选定参量进行辨识,对引入了权重衰减机制的均方根目标函数进行优化。结果表明：辨识后的仿真曲线与实测曲线具有良好的一致性,氧箱增压电磁阀打开时间仿真值与实测值偏差低于3%,气瓶1次飞行结束温度仿真值与实测值仅相差2.4 K。将辨识结果应用于某相似的新研型号,气瓶设计容积和质量相比绝热假设的设计方案降低了32 L和11.6 kg,有效减少了由设计过度冗余造成的额外试验和设计迭代成本。     

基于遗传算法的液体火箭发动机参数优化

建立了液体火箭发动机系统设计的仿真模型和多目标优化模型,采用组合优化策略和遗传算法,针对全流量补燃循环发动机,进行了不同设计变量和目标函数下发动机性能参数的优化,求得全局最优解.计算结果表明,遗传算法是解决该类问题的有效方法,可为其它类似发动机的优化提供一定的指导作用.      

液体火箭发动机参数计算及误差确定

通过地面试验取得的数据所建立的液体火箭发动机参数计算和误差确定的经验公式，在导弹飞行试验中，对发动机参数计算起重要作用。本文就发动机主要参数及误差的经验公式进行推导和确定。     

100吨级核热火箭发动机喷管流动传热特性数值分析

为了阐明核热火箭发动机喷管内氢的流动传热特性,根据100吨级核热火箭发动机喷管设计参数,建立了喷管再生冷却传热模型与可压缩膨胀模型,采用Fluent软件数值模拟了喷管的流动传热行为。结果表明,当喷管面积比从100增加到300时,发动机比冲的增幅逐渐减小;在冷却通道高度从0.012 m增加到0.024 m的过程中,通道压降逐渐降低,冷却气体温升变化不大。此外,氢的离解会影响喷管内介质的流动传热,离解的氢在喷管内重组为氢气释放的热量参与管内传热与做功,使喷管收敛段内壁面热流密度增加,出口比冲升高。     

载人核热火箭登陆火星方案研究

针对未来载人登陆火星任务,比较了化学推进、电推进及核推进的优缺点,指出核热推进是未来载人登陆火星的首选。简述了美国和俄罗斯在核热推进的研究进展,指出核热/发电双模式是未来载人登火的发展趋势。提出我国近地轨道5次对接、人货分离载人登陆火星构想。在此基础上,设计了单台推力15 t,比冲940 s载人核热发动机并提出我国核热火箭2016—2035年发展研究规划。     

液体火箭发动机热试车数据微机自动采集系统

介绍了一种采用ＰＣ／ＡＴ总线微机的液体火箭发动机热试车数据自动采集系统，该系统能同时完成模拟和冲两类信号的自动采集，采集软件由汇编语言编写，定时采集由计算机内部时钟中断实现，软件设计考虑了不同信号对采样时间的特殊要求。     

基于蚁群算法的固体火箭发动机总体参数优化

为建立一种支持连续域、离散域混合变量的优化算法以用于固体火箭发动机总体参数优化,改进了基本蚁群算法,融入"网格划分"、"哑元化"和"变尺度局部搜索"三种策略,以改进算法的寻优性能和使用范围,其中局部搜索算法仍采用蚁群算法。使用了几个较具欺骗性的经典测试函数对改进蚁群算法进行了测试,计算结果表明改进蚁群算法找到全局最优值的概率较大。应用改进蚁群算法对固体火箭发动机总体设计中的两个重要总体参数——燃烧室工作压强和喷管面积比,进行了优化求解,获得了满意结果。诸算例的优化结果表明,该改进蚁群算法具有支持混合变量,全局寻优性能稳定和搜索精度高的优点,对工程优化设计问题具有较好的寻优性能和更强的适用性。     

基于半马尔可夫模型的民用航空发动机热端组件系统检查间隔优化

根据采集的民用航空发动机热端组件系统检修信息和专家对系统退化状态的判别,在系统状态退化过程为离散半马尔可夫链过程的假设前提下,分别建立了基于专家估计数据、基于检查数据以及基于融合数据的各宏观退化状态驻留时间估计模型,并应用最大似然函数法和MCMC（Markov chain Monte Carlo）法对模型参数进行估计,得到基于不同数据源的各宏观退化状态下驻留时间估计值和状态转移系数,并以一定使用周期内的检修费用最优为目标建立状态转移概率模型,仿真得到3个典型宏观退化状态下的最优检查间隔分别为1750、350、70循环。该仿真结果与目前的民航运行生产工程实际情况非常接近,可以为民航运输企业的检修决策提供客户化的决策支持并提高经济效益。      

液体火箭发动机系统振荡及稳定性研究进展

针对液体火箭发动机中与阀门相关和与燃烧组件相关的两类重要振荡,阐述了发动机系统振荡现象、振荡模式以及稳定性的研究进展。结果表明,与阀门相关的振荡主要表现为阀门自身和与管路系统耦合的两种不稳定振荡模式;重点是振荡敏感参数分析,难点在于自激振荡临界稳定参数的获取和振荡频率的辨识。与燃烧组件相关的振荡表现为与供应系统耦合的燃烧不稳定、与喷注过程耦合的燃烧不稳定以及燃烧过程自身不稳定三种模式;流量型稳定性机理研究较成熟,内在稳定性机理准确建模相对匮乏;对时滞模型的进一步探究和对燃烧过程数学模型的深入完善是今后系统级燃烧不稳定振荡研究的重难点。     

基于故障分辨能力的火箭发动机测量参数选择方法

针对液体火箭发动机测量参数选择这一难题,提出一种基于模型的、提高故障分辨能力和系统可靠性的液体火箭发动机测点选取方法。基于发动机系统非线性静态特性数学模型,建立常见发动机故障下的故障特征库,并采用飞行数据验证其准确性;分别基于凝聚层次聚类算法、蒙特卡洛方法和失效模式影响分析（FMEA）构建了发动机测量特征子集的故障分辨种类数、鲁棒性和系统可靠性3种评价指标,并基于改进的多目标二进制粒子群算法（MOBPSO）开展优化设计。优化后的测点排布,可分辨故障从9种提高到13种,鲁棒性与原排布相当,风险指数略有上升;进一步探究了副系统混合比在故障分辨中的重要作用并分析其机理。本文提出的方法对其他复杂、闭环动力系统测量特征的选择具有较好的应用价值。     

RBCC发动机火箭出口结构热防护研究

基于目前RBCC组合发动机开展了火箭出口位置结构热防护的研究,该发动机结构形式为火箭从冲压发动机燃烧室侧壁嵌入,火箭出口紧贴冲压发动机燃烧室壁面。火箭出口超高温、高热流、冲刷大的特点,导致该位置热环境非常严酷,为了探索火箭出口位置热防护结构,开展了三种结构热防护方案的试验研究。研究结果表明,石英/酚醛内壳和高温合金外壳复合结构热防护方案能够满足30s量级的地面试验,能够满足火箭出口恶劣环境的热防护要求。研究结果还表明,热防护材料至关重要,高温合金材料不适合应用于火箭出口热防护;高硅氧/酚醛材料虽然基本能满足试验的热防护需求,但其抗烧蚀性能略低,尤其当材料完全炭化后产生的强度降低、收缩、分层、热导系数增加等问题,在更长时间试验中会导致热防护失效,针对这些问题,本文提出了进一步研究建议。     

基于G1000系统的发动机监控平台初探

G1000系统是美国Garmin公司生产的一套高度集成化的航空电子系统,广泛应用于通用航空。但是它不具备发动机实时监控功能,不能进行品质监控与故障预测。为此,对G1000系统的子部件、工作原理和数据传输方式进行了分析研究,研发了一种硬件系统,对发动机的数据进行采集,为后续通过无线方式传输到地面并实现发动机的实时监控奠定了基础。     

固体火箭发动机喷管中流固热耦合问题及研究进展

本文首先介绍了固体火箭发动机喷管中实际存在的流固耦合传热问题,然后参考国内外有关流固耦合传热的文献,总结出了经典CFD和格子波尔兹曼两种不同的分析流固耦合传热的算法。在介绍经典CFD算法时,本文归纳了CBS有限元法、子区域迭代法和流体观点法三种最新发表的计算方法,并针对每个算法给出了其特点及适用范围。     

大推力核热火箭运载器及动力特性分析

根据大推力核热火箭发动机的背景要求,论证提出了一种百吨推力闭式循环核热火箭发动机系统方案,完成了系统参数的分析评估,计算结果表明,反应堆出口推进剂温度显著影响发动机比冲,当反应堆出口温度在2500 K~3000 K范围时,发动机真空比冲为8000 N·s/kg~8800 N·s/kg。在此基础上,针对航天运输主动力火箭方案,对比分析了核热火箭与化学火箭的差异,评估了核热火箭弹道仿真及运载能力,结果表明,核动力火箭由于其高比冲的特性,运载系数远高于传统动力火箭。     

基于AHP的液体火箭发动机地面试验监测参数的选取方法研究

确定监测参数是液体火箭发动机地面试验监控系统的一个重要而基础的问题。从某液体火箭发动机地面试验稳态参数的统计特性和常见故障出发,通过分析地面试验测量参数的故障敏感性、故障关联性、测点传感器的可用性和参数相关性(或传感器冗余),建立具有方案层、准则层和目标层的层次模型,运用层次分析法(AHP)对发动机地面试验的测量参数进行评价、比较和优化,确定了用于监测液体火箭发动机地面试验的监测参数。经过发动机的地面故障试验数据和故障仿真数据的检验,所确定的监测参数集较好地反映了发动机状态的变化,说明所选用的方法合理、可行,解决了长期以来,依靠领域专家定性确定监测参数的问题。      

基于非协调单元的液体火箭发动机推力室热结构分析

用巴兹公式和发动机的热力计算数据,得到了推力室内的燃气壁面对流传热系数和燃气温度的分布,并用有限单元法计算了推力室的温度场.在温度场计算基础上,采用Wilson非协调单元,对推力室的应力场进行了计算,其中位移函数采用二阶形式,将计算精度提高到二阶.结果表明:相比常规单元,Wilson非协调单元在计算结构比较复杂,温度梯度比较大的结构时,精度比较高,结果合理.      

三组元液体火箭发动机系统方案研究

三组元发动机是实现单级入轨的一项关键性技术。虽然国外从70年代就开始研究双燃烧室的三组元发动机,但由于推力室结构过于复杂,至今尚无一台样机出现。这里提出的三组元发动机系统,建立在三组元喷嘴技术基础之上,充分继承了已有的液氢／液氧、液氧／煤油发动机的研制成果,是技术先进、性能高、可在短期内实现的液体火箭发动机。     

固体火箭发动机试验测量系统零位变化研究

介绍了测试系统推力测量中常见的零位变化现象,对零位变化的原理进行了分析,并提出了针对性的数据处理方法。     

液体火箭发动机地面试验状态监控系统研究

基于火箭发动机的地面试验，研制了一种状态监控系统，给出了系统的基本结构、自适应相关安全限（ACSB）故障检测算法、软硬件系统的实现方案等，并通过大量试验子样对检测算法和关机逻辑进行了验证。结果表明，ACSB检测算法明显优于红线关机。