低温技术在航天航空中的应用进展

低温技术在现代航天航空科学中已获得广泛应用,本文从以下几个方面较全面地讨论了低温技术应用原理并简要介绍了它们在国内外航天航空中的一些重要应用及其进展。1.低温液体液氢/液氧推进剂火箭的特点,应用现状及新一代低温液体推进剂——液氧/轻烃火箭的原理和特点;2.液氢/液氧燃料空天飞机及液氢、液化天然气燃料航空飞机的特性和应用现状;3.低温风洞可在全雷诺数范围内进行气动试验的原理及工作特性;4.低温技术在空间科学中应用的主要领域及所需温度和制冷量范围,各种空间低温制冷方法的特点和应用现状;5.低温技术在再入飞行器冷却、空间环境模拟器、飞行器环境控制系统、生命保障系统等领域中的应用原理和特点。     

基于VOF方法模拟离心式喷嘴内部流动过程

基于两相界面追踪方法VOF(volume of fluid)模拟了离心式喷嘴内部的流动过程,得到了液相填充喷嘴内部的过程,初始时刻,气液界面出现褶皱,随着进入液体的增多,褶皱逐渐消失;着重分析了喷嘴各个部位速度、压力分布,由于气液两相的存在,喷嘴内部流场变得异常复杂,流场分布不能用单相流的模式分析,总压损失大部分存在于喷嘴收缩段以及直管段,增大收缩段锥角、减小收缩段长度有利于减小总压损失;在喷嘴出口处设置一定扩张角,能够增加液相速度,减小液膜厚度,有利于雾化.      

中心锥体结构脉冲爆震火箭发动机初步实验

为了改善采用液态燃料的脉冲爆震火箭发动机内部燃料的雾化以及燃料混合物的掺混状况,采用了一种中心锥体结构.该结构发动机不采用Shchelkin螺旋增爆装置,而采用中心锥体结构、二级供应方式.采用航空煤油为燃料、压缩氧气为氧化剂、压缩氮气为隔离气体,在该结构脉冲爆震火箭发动机上获得了充分发展的爆震波并且能够在多循环条件下稳定工作.实验结果表明,该结构可以大大缩短DDT(deflagration to detonation transition)距离,在实验条件下爆燃向爆震转变距离约为管径的5倍.较之同一管径采用Shchelkin螺旋增爆装置的脉冲爆震火箭发动机,该结构发动机的爆燃向爆震转变距离缩短了57.5%.      

深冷环路热管稳态运行特性的理论分析

基于能量平衡、压力平衡以及质量守恒,建立了氮工质深冷环路热管(CLHP)的稳态数学模型,模拟结果同实验数据具有良好的一致性.应用该模型对CLHP的稳态运行特性进行了理论分析,考察了寄生热载荷、次蒸发器功率等对CLHP运行性能的影响,并得出如下结论:同常温环路热管相比,CLHP的传热能力明显减小;当主蒸发器热载荷较小时,寄生热载荷以及反重力高度的存在使CLHP的稳态运行温度明显升高,而通过对次蒸发器施加功率可显著改善CLHP的工作性能;CLHP最高运行温度/压力随储气室容积的增大而减小,相应的,其最大传热能力将受到限制.      

过氧化氢自燃点火器的试验研究

采用分段可拆卸的点火器,对带后向台阶的横向喷注器、气液同轴喷注器、不同喉部直径的喷管等结构进行了试验研究。后向台阶高度为7mm的喷注器比13mm的后向台阶火焰稳定效果更好。在相同温度和室压下,横向喷注器的自燃能力优于气液同轴喷注器,喷管收缩比越大,越利于自燃。     

真空热试验中冷能利用的思考

在大型航天器的真空热试验中,仅从过冷器排除的液氮和低温气氮的混合物就达约5×104 kg,其中蕴涵了108 kJ量级的冷能。文章首先介绍了自然冷能和LNG冷能利用的研究现状,并结合航天器真空热试验的实际情况,研究了试验过程中排气造成的冷能损失,对它的再利用可行性进行了讨论,提出可以采用联合法冷能回收流程,并提出了冷能利用中的几个关键问题。认为:需要解决液氮和低温气氮供应的连续性及找到恰当的二次冷媒,是真空热试验中冷能利用的关键。     

量子超球神经网络在振动故障检测中的应用

提出了一种基于量子超球神经网络的液体火箭发动机振动故障检测方法,采用可变量子超球代表发动机工作模式,自然地提供了反映故障程度的概率幅;网络的离线学习算法可以从训练样本中自动提取发动机振动知识,监测算法不仅能正确预报故障,还能在线学习新的振动信息。试验数据检验结果表明：量子超球神经网络可以成功用于液体火箭发动机振动故障检测。     

液体火箭发动机试验推力测量传感器并联影响研究

介绍了推力测量传感器并联工作原理,进一步确定并联作为液体火箭发动机试验推力测量中多只传感器的电路连接方法。通过对多只传感器并联的选配与分析,在保证灵敏度与输出阻抗比值一定的情况下,该方法可以提高推力测量精度,同时输出力值不受偏心载荷影响。     

液体火箭发动机推力室极限承载能力研究

基于MSC Patran／Marc软件的循环对称分析功能和材料、几何双重非线性分析功能,对液体火箭发动机推力室进行了计算分析,得到其极限承载能力,并给出了结构的极限承载能力曲线。     

模糊综合评价法在液体推进剂罐区 风险评价中的应用

文章通过分析了液体推进剂贮存罐区风险因素的层次关系,将影响推进剂罐区安全的因素划分为人员素质、安全管理、罐区设备、储存设备、充装过量等不同的层次。通过层次分析法确定上述各影响因素的权重,运用模糊综合评价思想方法对液体推进剂贮存罐区风险进行了评价。结果表明,:液体推进剂贮存罐区风险为第2二等级,风险较大;其在诸多影响因素中,安全管理所占的权重最大,其次权重为按人员素质、充装过量、罐区设备、存储设备逐渐减小。最后,文章对提出了事故的预防提出了有效针对性的事故的措施。