液氢液氧火箭发动机非线性静态特性仿真与分析

在考虑泵后推进剂温度和密度变化的情况下,建立低温液体火箭发动机非线性稳态工作的数学模型,以设计点参数为初始值采用离散牛顿法对大范围参数扰动下氢氧发动机的静态特性进行仿真,并对包括真空推力和真空比冲在内的重要参数的变化情况做相应的分析;在引入故障影响因素的情况下,针对液体火箭发动机中常见的典型故障模式进行稳态故障效应仿真和分析,为该发动机的故障检测与诊断工作奠定了基础。     

星舰动力特点及再入过程推进剂流动仿真研究

为给新一代可重复使用运载器的研发提供参考,梳理了星舰动力系统的技术特点,并采用限体积法（Volume of fraction, VOF）对再入过程中液氧贮箱三维非定常流动进行了仿真,分析了复杂加速度场下推进剂贮箱内液氧流动特性。仿真结果表明,在星舰再入着陆阶段,贮箱内推进剂发生了低频率（<0.6 Hz）、高幅度（轴向质心偏移高达20%）的晃动;并且贮箱底部推进剂产生了大量夹气现象,这可能会给发动机带来灾难性后果。     

气动加热影响下的液氧储罐内温度分层与相变特性仿真分析

采用三维模型数值模拟液氧储箱预增压上升过程,对液氧相变特征以及温度分层发展规律进行了分析。从计算结果可以看出:在气动加热影响下,气液界面液氧蒸发速率在0.012 6kg/s附近振荡;近壁面液氧沸腾速率随时间变化规律与外界漏热量一致,整个过程相变速率平均值为0.086kg/s。随着高温增压气体通过散流器喷射进入气枕空间,液氧温度分层逐渐明显,温度不断升高,预增压183s气液界面处液氧温度从89.51K升高至93.61K,平均温升速率0.022K/s。     

液氧/煤油发动机起动箱仿真与试验研究

起动箱是保证液氧/煤油发动机可靠起动的重要组件。针对起动箱结构特点,采用胶囊材料Mooney-Revlin本构关系,建立起动箱三维模型,分析起动箱动作特性。仿真结果再现了起动箱工作过程,获得胶囊翻转压力为58 kPa。抽真空试验和计算表明,胶囊压力为50~60kPa时起动箱胶囊可自动复位,仿真结果与试验结果基本吻合。     

宽范围变流量空气/液氧/酒精燃烧加热器试验

为了突破空气/液氧/酒精三组元宽范围变流量燃烧加热器可靠点火和稳定燃烧等关键技术,采用一种经过优化的直流喷嘴来组织燃烧,研制了宽范围变流量燃烧加热器并进行了点火试验,研究了其在10倍流量变化范围内的点火特性和燃烧性能。试验结果表明该燃烧加热器在10倍多的流量变化范围内实现了高效稳定燃烧,其中设计点的燃烧效率达到97%。加热器采用新型组织燃烧方式实现了宽范围变工况和低喷注压力下的可靠点火和稳定燃烧,其中加热器点火成功率100%,稳定工作过程中室压波动小于1%。加热器采用等离子点火火焰先进入燃烧室,随后氧化剂、燃料依次进入燃烧室的点火程序合理。     

高压液氧供应系统管路设计

高压液氧供应系统是我国压力最高的挤压式液体火箭发动机试验台的关键分系统。在系统设计过程中，通过合理布置管路，设计专用固定支架，采用自然补偿和堆积绝热技术，解决了高压低温推进剂系统管路设计中的难题。该系统顺利通过气密性检查和调试，经多次热试车考核，系统稳定可靠，满足设计要求。     

与液氧相容性聚合物改性途径研究

针对环氧/氰酸酯共固化体系,以液氧冲击敏感性试验作为判定聚合物与液氧相容性的基本手段,重点研究了聚合物的抗氧化和阻燃性能与其液氧相容性之间的关系,证实了聚合物抗氧化性能的增强和阻燃性能的改善可以有效提高其与液氧的相容性.这为聚合物旨在改善与液氧相容性的改性指明了方法和途径,并由此获得两个具有良好液氧相容性的聚合物体系.     

液氧/煤油发动机对大气环境的影响

美国国家航空航天局(NASA)按《国家环保政策法》的要求对液氧/煤油和液氧/煤油、液氢三组元发动机进行了环境方面的评估。本文总结了与此相关的数据、报告及计划。推力为725.76T 的液氧/煤油发动机在水冷却试车中可以211kg/s 的量产生一氧化碳。一氧化碳是《空气清洁法》所限制的标准污染物,除此之外还产生其他大量污染物。运用马歇尔航天飞行中心和斯坦尼航天中心周围地区具有代表性的气象状况进行的扩散模拟,表明该地区的空气可以达到空气质量标准。采用 LOX/RP-1发动机的运载火箭对平流层臭氧的影响要比航天飞机对其影响小三个数量级。     

甲烷喷射温度对燃烧稳定性影响规律研究

对液氧/甲烷火箭发动机燃烧稳定性进行了数值仿真研究,比较分析了甲烷喷射温度对其燃烧稳定性的影响规律.结果表明：在222 K,224 K,226 K,228 K,230 K和234 K时,发动机燃烧稳定性较好.     

液氧/液甲烷姿控发动机点火技术研究

液氧/液甲烷推进剂组合具有高比冲性能以及其他优异的综合使用性能,已经成为未来空间化学推进的重要发展方向之一。点火技术作为液氧/液甲烷姿控发动机的重大关键技术,对发动机可靠启动、响应特性、脉冲一致性等关键指标具有重要影响。欧美国家已经开展系统以及相关组件的预先研究,其中美国已经完成了系统级的地面自由飞行试验。国内也已开展了低温推进系统技术论证,并开展了主发动机、姿控发动机以及点火器、低温贮箱、低温阀门等关键组件的研发。针对液氧/液甲烷低温推进剂组合进行了点火技术分析筛选和试验研究,验证了电火花点火与激光诱导等离子点火两种方案的原理可行性。试验表明在入口条件从气态到液态的宽广范围内两种方案均能实现可靠、可重复点火,两种点火方式对于LO_x/LCH_4发动机均原理可行。试验得出可靠点火的火花能量边界特性、混合比边界特性、响应特性以及脉冲特性,为后续液氧甲烷发动机设计提供依据。