变比冲发动机作用下共面燃料最优轨道转移

以国外目前正在研制中的变比冲磁等离子体火箭发动机(VASIMR)为背景,研究了变比冲发动机作用下的同平面燃料最优轨道转移。推力方向角和比冲为控制变量,发动机总功率为常值,发动机可多次开关机。采用经典最优控制理论,运用庞德里亚金最小值原理将问题转化为两点边值问题,并通过非线性规划算法求解,得到了受精确开关函数控制的最优比冲时间历程。给出的VASIMR发动机应用算例结果表明,采用VA-SIMR发动机有益于提高航天器有效载荷所占比例。     

高比冲双组元液体远地点火箭发动机研究

综述了国内外研制的双组元液体远地点火箭发动机的性能、特点和发展趋势。在分析了液体远地点发动机提高比冲的各种技术途径后，提出可通过改进喷注器设计、减少边区液膜冷却流量、采用扰流环二次燃烧和使用新型耐更高温材料等措施，以提高远地点发动机的比冲。     

冲压加速器的冷发射试验

冲压加速器是一种利用化学能将弹丸加速到7km／s的新装置，在航天工程和常规兵器领域具有极大的潜在应用前景，美、法、德、日、韩等发达国家纷纷开展此项研究，并取得了令人鼓舞的初步成果。本文首先描述冲压加速器的原理，然后介绍了我国第一座冲压加速器─—气动中心超高速所的37mm口径冲压加速器，以及已成功完成的冷发射试验。     

基于视加速度的固体火箭发动机飞行比冲估算

建立了基于遥测视加速度的推力及比冲计算模型,模型中考虑了附加质量对发动机推力的影响,对固体火箭发动机飞行试验推力及比冲进行了计算,并与利用标准内弹道预示程序重新预示的发动机推力及比冲进行了对比,两种方法计算结果一致。算例表明,利用飞行试验遥测视加速度计算发动机推力及比冲的计算模型正确,有关参数的选取和处理方法可行;该方法可准确再现发动机飞行过程的实时推力和比冲;可有效用于发动机飞行试验结果的快速分析与评估。     

脉冲等离子体推力器等效电路模型分析

脉冲等离子体推力器(PPT)的放电电流与推力器性能有密切关系。为了分析影响脉冲等离子体推力器放电电流的因素,建立了推力器放电过程中的等效电路模型,分析了等效电路中电感及电阻的分量,并对简化的等效电路模型进行解耦,得到了放电电流的3种状态。通过实验以及方程解耦,得到了实际电路中的等效电感及等效电阻值,研究了等效电感及电阻中影响推力器性能的因素。结果表明,推力器的间距和放电能量改变了等离子体的电感及电阻值,从而改变了放电电流曲线,影响了推力器的电磁加速性能。设计PPT时,应尽量减小电极的寄生电感和电阻,采用内感和内阻较小的放电电容,获得较高的PPT效率。     

某直升机燃油增压泵性能优化

利用流体仿真技术对某直升机燃油增压泵过流部件进行优化设计,并完成了试验验证。结果表明,经过理论设计-仿真计算-理论设计循环优化后的产品,其性能明显优于原型产品:提高了泵的效率,降低了泵的消耗电流,提高产品工作稳定性。     

一种新型双组元卫星推进剂的研究

通过热力学计算,选择NHO-3作为甲基肼高能添加剂,通过冰点测试、着火延迟期测试确定了NHO-3的含量,该种以甲基肼为主体的新型燃料与氧化剂MON-20组成的双组元推进剂具有冰点低、比冲高、着火延迟期短的优点,可应用于卫星、飞船等领域。     

Theoretical investigation on water/metal fuel ramjet motor-thermodynamic cycle and thermodynamic calculation

For achieving high-speed requirement of underwater vehicle,a conceptual engine,which utilizes the hydroreactive characteristic of several metals under supercavitation environment,has been put forward. Especially,in order to obtain specific impulse as great as possible,a dual water injection system is taken into account. Then thermodynamic cycle model,which lead the improvement of power plant and energy system,is introduced in detail,and thermal efficiency is also analyzed. Furthermore,for investigating the performance of this kind of engine system,detailed thermodynamic calculation and analysis are achieved. Especially,regarding hydroreactive metal fuel Mg/AP/HTPB as our target fuel-rich propellant,considering its obvious deficient oxygen property and the energy property of magnesium/water reaction,theoretical calculation method is established by integrating chemical non-equilibrium with chemical equilibrium. Accordingly,low limit of primary water/fuel ratio is determined. In addition,the qualitative and quantitative relationship of performance parameters,such as theoretical specific impulse,nozzle exit temperature,characteristic velocity,etc.,versus water/fuel ratio is investigated respectively.      

气动执行器的全生命周期成本分析

分析了气动执行器的能耗特点,结合空气消耗量和比能量概念,提出了一种气动执行器的能耗计算方法.为解决公用气动设备的购置成本划分问题,提出了一种用气设备成本均分法.结合生命周期成本的概念,建立了气动执行器基于用户的全生命周期成本模型(LCCBOU,Life-Cycle Costing Based On Users),进行了实例验证.该模型不仅适用于气动执行器的全生命周期成本分析,也适用于其它用气设备的成本分析.结果表明:用气设备成本均分法实现了气动系统成本的合理划分;气动执行器的LCCBOU模型通过了实例验证,并发现通过空压机的实时监控和气动系统的泄漏测量,LCCBOU模型结果能够做到更精确.      

源项冷却模型的建模以及在平板和涡轮的应用

为了解决由于划分冷气腔和尺寸过小的多排气膜冷却孔导致网格量过大的问题,本文基于NUAA-Turbo平台,在气膜冷却孔出口处建立适用于变比热条件下的源项冷却模型来代替冷却气体从孔内流出,并且在孔内建立换热模型,用于模拟孔内的对流冷却。对气膜冷却平板算例气动研究发现:在吹风比为1.0时,计算值与试验值相吻合。而对吹风比为1.5的孔下游近壁处计算时,发现流向速度计算值与试验值存在11.1%的误差,但小于商用软件44.4%的误差,尽管发现优化后的源项冷却模型不能很好反映下游近壁处法向速度分布,但计算精度在商用软件源项冷却模型基础上有25%的提高。为了证明该方法的可行性,对气冷高压涡轮MT1导叶的等熵马赫数以及平均努塞尔数等相关实验数据与计算数据作了对比,研究发现:在吸力面和压力面计算值与试验吻合较好,而在无冷却气膜覆盖的叶片尾缘和叶片前缘等局部位置计算值与试验值存在误差。研究表明:优化后的源项冷却模型能够较为准确地模拟冷却射流的宏观特征,该方法对工程上气冷涡轮的设计有一定的应用潜力。