基于子结构试验建模综合的火箭发动机结构动力分析

为了预测补燃循环液体火箭发动机的结构动态特性,采用子结构试验建模综合技术,对四机并联液体火箭发动机的结构动力学进行了研究。在考虑喷管内外壁材料差异的基础上,利用刚度和质量等效原则,建立了精确的喷管有限元模型,然后采用分布参数法建立了发动机有限元模型。结果表明:单机子结构模型的误差小于1.35%;四机并联发动机模型的误差小于2.19%;且仿真振型与实际模态试验结果保持一致。说明该方法的计算结果可靠,能提高结构动态分析的精度和效率。     

液氧煤油高压补燃循环发动机深度变推力系统方案研究

鉴于重复使用运载器对动力系统的技术需求,以我国新一代运载火箭主动力液氧煤油高压补燃循环发动机为研究对象,建立了多参数、非线性以及强耦合的发动机系统仿真平台。在分析国内外变推力液体火箭发动机技术特点的基础上,根据液氧煤油发动机单路推力调节的仿真结果,首次提出了发生器燃料路流量调节器调节、主涡轮前燃气分流以及氧化剂主路节流等相结合,并辅助以气体乳化提高喷注器压降的组合深度推力调节方案。仿真结果表明:发动机推力调节能力可达10:1,且能实现多次点火起动,具有性能高、调节范围大的优点。     

补燃发动机总体布局动态设计研究

基于经典的振动理论,结合现代的有限元分析方法,研究了补燃火箭发动机整机结构以及主要管路的固有频率和振型,进行了整机结构中的Y形管模态试验,并分析了真实发动机试车时的主导振动频率。结果表明,Y形管的计算固有频率和试验固有频率相符,振型一致;管路系统的固有频率高于发动机整机的固有频率;发动机试车时的主导振动频率与其固有特性不相耦合。模态计算和试验结果表明,该发动机总体布局结构在动态特性上是合理的。     

大推力液体火箭发动机研究

大推力火箭发动机是航天发展的基础,是国家高科技水平和综合国力的体现。分析了运载火箭主动力发展的现状和趋势,指出大推力液氧煤油发动机和液氧液氢发动机是发展方向和最佳组合。提出了我国重型运载火箭大推力液氧煤油发动机和液氧液氢发动机的总体方案和主要参数,研究了两种发动机的关键技术及其解决途径。这两种大推力发动机的研制,将为我国载人登月、深空探测等重大航天活动和空间利用提供动力支撑。     

重型发动机S型波纹管承压与变形补偿结构参数敏感特性

我国500 tf级重型液氧煤油补燃循环发动机首次采用泵后摇摆的推力矢量总体布局,其中适用于高温、高压、富氧燃气服役环境的柔性摇摆组件是首先需要攻克的关键技术之一。针对摇摆组件的多层薄壁S型波纹管,为了获取其结构参数对承压能力、摇摆刚度等结构特性的影响,提出了一种基于正交试验设计理论、非线性有限元方法以及数理统计理论的结构参数敏感特性研究方法。该方法以OPTIMUS作为控制平台,基于参数化的非线性有限元仿真程序,对大样本的正交试验方案进行自动化分析,并通过相关性分析、主成分分析、方差分析以及单因子响应分析等方法处理数据信息,研究了不同影响因子对S形波纹管承压性能和位移补偿性能的影响规律,获得了各影响因子的敏感度信息。结果表明,层数和单层厚度对波纹管承压性能影响显著,波距和波峰半径的影响较小;波纹管轴向刚度随波数和层数的增加成双曲函数减小,波距的影响可忽略。     

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。     

基于二代小波的电爆管冲击波数值计算

为了获得电爆管输出压力及其冲击波传播规律,针对电爆管爆炸燃气建立了一维流动模型,并采用自适应二代小波配点法进行数值计算。分析了电爆管冲击波沿一维等截面和局部变截面通道的传播过程及规律。结果表明:自适应小波配点法结合人工黏性技术可以准确计算电爆管强冲击波传播问题;电爆管爆炸冲击波沿一维等截面传火通道传播满足一定相似律,建立的相似律表达式能够估算同一类电爆管冲击波在爆炸近区的传播规律;传火通道结构形式和结构参数变化对传播规律影响显著,针对同一类型的电爆管和变截面传火通道建立的相似律表达式,在1x/L5,Δη0.75条件下,估算误差小于10%。     

基于人工黏性的二维激波小波多尺度数值计算

基于自适应小波配点法和人工黏性，构造了二维激波问题的小波数值计算格式。利用最细尺度的小波系数构造两组激波定位函数，分别用以控制两个正交方向人工黏性的大小和分布。对三类二维激波问题进行计算和验证，结果表明：自适应小波配点法利用小波阈值滤波删除变化平缓区域大量网格点，而保留变化急剧区域的网格点，比传统方法计算效率高，且分辨率越高，计算效率更高；利用最细层小波系数构建的幂函数形式的激波定位函数能准确判断激波位置和控制X、Y方向人工黏性的大小和分布，从而捕捉不同方向和不同强度的激波。     

一种应用于二维DG方法的次优策略

构建了最高达10次的二维Serendipity间断有限单元,作为二维节点型DG方法的次优应用策略。通过强制边界节点为勒让德-高斯-勒巴图积分点,保证了良好的边界插值特性。该种新构建方法使得单元内点通过最大化范德蒙行列式的绝对值确定,并得到了带约束非线性优化问题的全局收敛解。最终得到的节点分布具有特定的对称构型,单元的勒贝格常数较低,介于所见文献的其他类节点单元之间,表明可以作为插值单元进行计算。与紧致型节点单元相比,构建得到的单元节点数量仅比完备插值空间所要求的紧致节点数量多2个节点,成为一种次优应用策略。此外,相比于传统的张量积型节点单元,极大的节省了计算资源,更适宜在间断有限元类方法中应用。     

基于ITD和STD的液体火箭发动机模态参数辨识方法

在液体火箭发动机模态参数辨识领域,频域法仍是模态分析的主流方法,但该方法存在诸如功率泄露、频率混叠和离线分析等不足。本研究将基于时域识别的ITD法和STD法应用到液体火箭发动机模态参数辨识领域。由于这两种算法的基础是线性系统,利用Hilbert变换的方法,验证该发动机具有线性系统特征。与频域法对比的结果表明,该方法具有较高识别精度,且只使用实测响应信号,使用设备简单,因而可以在线分析,为发动机在工作环境下的参数识别奠定了基础。