电动膨胀循环液氧甲烷变推力发动机动态特性研究

电动泵压式液体火箭发动机受到了广泛的关注，然而电池有限的输出功率和过于沉重的质量成为限制电动泵压式发动机发展的重要因素。为此本文提出了一种电机驱动燃料泵和涡轮驱动氧泵的电动膨胀循环液体火箭发动机方案，并着重研究了该型发动机的动态响应特性。首先给出了20 kN级电动膨胀循环发动机的技术指标和部组件参数，进一步基于AMESim平台建立了全系统动力学模型，验证了方案的可行性和部组件动力学模型的准确性，并深入研究了单点工况和调节工况的动态响应特性。结果表明，针对启动过程而言，涡轮泵调整时间较电动泵长，这降低了系统响应速度，但工况越高，系统响应速度越快；高工况启动时，甲烷在冷却通道内的剧烈相变和跨临界状态的不连续物性相互耦合易引发系统振荡；就调节过程而言，推力调节时普遍存在超调或凹坑现象，且系统在两相同工况之间调节时，正调响应速度快于负调，这也导致阶跃幅值相等条件下的系统调整时间随目标工况升高而缩短。     

并联式TBCC单边膨胀组合喷管安装及结构设计研究

针对单边膨胀组合喷管（Single expansion ramp nozzle，SERN）不规则几何结构设计难题，以提高SERN结构刚度、强度为目标，从安装布局方案以及承力结构拓扑优化两个方面开展设计工作，分析了不同位置安装节点对载荷分布、关键位置变形的影响，基于拓扑优化方法，建立了SERN部件级结构概念设计方法和流程，实现了SERN的结构设计。研究结果表明：新增辅助侧拉杆能减小关键位置的变形，同时往左上方移动侧拉杆、右上方移动辅助安装节以及左下方移动主安装节有利于关键位置变形控制和各安装节点载荷的合理分布；优化后的安装方案相比初步安装方案，最大关键位置变形下降了83%，主安装节最大载荷下降了35%，辅助安装节最大载荷下降了55%。设计的SERN结构随TBCC发动机完成了高马赫数模态转换试验，试验后结构状态良好，验证了设计的合理性。     

基于共轭传热的单边膨胀后体温度场计算分析

基于共轭传热数值计算方法，对某高隐身无人机（UAV）单边膨胀后体喷流作用下的壁面温度分布进行研究，利用薄壁型网格解决了面积大且厚度薄的蒙皮、侧板结构导致的网格量过大的问题，构建精度较高的计算模型，并完成相关计算分析，主要结论如下：传统的单一流体计算虽然可以得到相似的温度分布，但得到的温度值偏高，最大可相差50 K以上；共轭传热计算可以得到更为符合实际的结果，并且可以得到结构内部温度梯度的分布，为热应力分析及结构设计提供指导；对比相同流动条件下不同金属材料的影响，某耐高温合金的壁面温度极值比金属钢高约30 K，且其上、下壁面的温差更大，梯度更高，两材料纵向肋板位置温度梯度极值分别为120 K/cm和65 K/cm。