双组元统一推进系统减压器稳定性仿真

针对某双组元统一推进气路系统采用的高压卸荷膜片式减压器,建立起有限体积瞬变仿真模型,并搭建起减压器特性研究系统的模块化仿真模型.针对试验过程中出现的振荡现象,借助数值手段阐明了各结构和控制参数对减压器工作稳定性的影响,得出了减弱振荡的各种措施:减小阀芯质量,增大高、低压腔体积,增大弹性元件材料的阻尼系数,减小反馈孔直径,增大膜片刚度.与试验和相关文献研究情况的对比证实了某些措施的有效性.     

减压器启动冲击解决方案

为消除运载火箭上面级高压贮气增压系统启动过程中对减压器的冲击,提出在减压器前增设限流阀的简易方案。基于减压器启动冲击形成机理,给出了限流阀的设计和结构。结果表明：增加限流阀后,减压器入口压力建立时间推迟,出口压力降低,启动冲击被有效抑制,且稳态工作时限流阀的前后压力基本相同,减压器正常工作不受影响。     

航空减压器输出特性回归分析及参数优化

为研究某型航空双级气体减压器设计参数对输出特性的影响规律,建立减压器AMESim模型并与测试结果对比验证;采用响应面法获得减压器设计参数与输出特性的二次回归模型,分析减压器设计参数的影响;利用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对二次回归模型进行优化,得到最优设计参数。响应面结果显示:反馈孔面积是影响输出压力超调量的关键因素,与阀芯密封处动泄漏面积的交互作用对超调量影响显著;阀芯质量是影响输出压力脉动强度的关键因素,与弹簧刚度、膜片刚度的交互作用对脉动强度影响显著。优化结果表明:减压器二级结构的阀芯质量、反馈孔面积、主弹簧刚度、副弹簧刚度、阀芯密封处动泄漏面积和膜片刚度分别为52.26 g、9.06 mm2、67.27 N/mm、10.68 N/mm、0.64 mm2和89.49 N/mm时输出特性达到最优,优化后输出压力超调量降低了28.72%,脉动强度降低了40.63%。      

大流量气体减压器响应特性的仿真研究

针对自主研制的大流量气体减压器,建立了减压器工作过程的数学模型。采用四阶龙格一库塔法进行数值仿真,分析了减压器在下游阀门打开过程中的响应特性。仿真结果和试验结果一致。在此基础上用仿真的方法分析了主要结构参数对响应特性的影响规律。     

减压器开启过程内部流场的动态仿真和特性研究

针对自主研制的大流量气体减压器,以研究其开启过程内部流场的变化和动态特性为目的,建立了减压器工作过程的二维数学模型,采用动网格技术和流固耦合仿真技术,将气体的流动和活动组件的运动耦合起来,实现了减压器开启过程中内部流场的动态仿真。同时,通过对流场中不同位置参数的监测,进行了基于动态流场的开启过程动态特性研究。     

一种研究逆向卸荷膜片式减压器稳定性的BP神经网络改进算法

为更好地研究多结构参数耦合变化下减压器PPR(pressure reducing regulator)的稳定性,使用BFGS (Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno)拟牛顿法替换梯度下降法,实现了基于Wolfe条件的一维线搜索变步长BP(back propagation)算法.结果表明:改进的BP算法使迭代次数减少了1~2个数量级,且易于收敛到最小点.该算法用于逆向卸荷膜片式减压器时,能适应2~3个结构参数的耦合,可预测大于106个数据点的数据集.多结构参数同时变化时,更容易找到使得减压器稳定的结构参数组合.更重要的是这些结构参数同时变化时减压器的稳定性比仅其中一个参数变化时更好.      

液体火箭发动机试验台气液管路系统故障仿真及分析

根据试验台和试验发动机的静态特性方程,重点针对试验台进行稳态故障效应仿真;采用一维不可压瞬变管流描述液路的流动过程,用特征线法对试验台液路系统的突发性故障所引起的瞬变特征和过度效应进行仿真;对储箱增压系统采用一维可压缩流的有限元状态变量模型描述气体管路的流动过程,并建立减压器、储箱工作过程的数学模型,用四阶龙格-库塔法对其进行故障仿真。仿真过程显示仿真模型和计算方法具有很好的适用性,能有效地建立试验台较为完善的故障模式库;通过分析仿真结果可以对现有试验台的改造、维护以及新试验台的改进设计进行指导。      

基于均匀设计的粒子群优化在减压化设计中的应用

采用粒子群优化算法,对涡轮泵气封减压试验系统中的关键部件减压器进行结构优化设计.在优化过程之前采用两次均匀设计的方法缩小设计变量的取值范围,以提高计算效率.通过调节气封系统中的主要部件气体减压器的结构参数,使得减压器的出口压强稳定,满足工程需求.优化结果显示,通过两次均匀设计后,设计变量的取值范围得到有效压缩,减少了优化过程的计算量.与初始设计相比,减压器的出口压强振幅明显减弱,达到了工程设计的要求.      

使用BP神经网络模型研究逆向卸荷膜片式减压器的稳定性能

采用数据挖掘中BP(back propagation)神经网络模型来研究逆向卸荷膜片式减压器的结构参数与稳定性能之间的依赖关系,得到结构参数变化,尤其是多结构参数耦合变化下减压器的稳定性结果.其中稳定性对阻尼孔直径、膜片刚度非常敏感,对弹性元件材料的阻尼系数、低压腔有效长度较为灵敏.由此提出减弱振荡的各种措施:增大阻尼孔直径、增大膜片刚度、在一定范围(标准值的6.5倍)内增大弹性元件材料的阻尼系数、增大低压腔有效长度、减小阀芯质量.数值实验误差分析表明:该模型不存在过拟合、局部最优的情况,其预测结果是可靠的,可为减压器的设计和系统分析提供决策支持.而且,该模型对不同类型的数据集具有通用性,可以用来研究其他部件的结构参数与性能指标的依赖关系.      

减压器动态过程的数值仿真

针对贮箱增压过程和发动机工作过程中减压器的动态调节,建立了液体火箭发动机常用的反向卸荷式减压器的动态数学模型,采用四阶龙格-库塔方法进行了数值仿真,分析了减压器在启动增压过程中的动态特性,得到不同入口压力下减压器的出口压力与试验数据相一致的结论。表明所建立的数学模型准确,采用的仿真方法符合精度要求,对同类减压器的设计和系统分析具有一定的指导作用。