月面采样返回探测器推进系统设计与实现

嫦娥五号探测器承担了我国首次地外天体采样返回任务,其飞行过程复杂,经历地月飞行、近月制动、环月变轨、月面软着陆、月面上升、月轨交会对接、月地入射等一系列过程,且工作环境较为恶劣,对推进系统技术要求高。探测器采用了氦气增压双组元统一推进系统技术,在以往技术基础上,通过系统轻质化设计、研发新型高强度纤维复合材料气瓶、优化贮箱结构设计及采用更高强度的材料、更轻巧的姿控发动机设计等技术大幅度减轻了分系统干重,通过提升主发动机燃烧效率、提升贮箱排放效率及控制膜片压差、采用贮箱间连通管、精确控制管路流阻等技术提升了分系统性能,通过强化系统可靠性设计、面向高温环境的系统状态管理、研发耐高温发动机、在轨超压自主故障检测与控制、零夹气新型加注技术等手段增强了分系统可靠性。阐述了推进系统的研制过程、设计方案、技术特点、关键技术攻关情况,以及在轨飞行结果,并总结了推进技术创新点。     

硼粉燃烧效率的影响因素研究

为了提高B粉在氧弹中的燃烧效率,从而准确测得B粉的实际燃烧放热量,以便对不同来源的B粉进行质量评估,进而为含B富燃料推进剂的配方设计及能量预估提供依据。建立了一种能使硼粉充分燃烧并测得其放热量的方法,以双铅-2推进剂(SQ-2)作助燃剂,丙酮作溶剂,采取干法与湿法相结合的方式制备样品,利用恒温式氧弹量热仪测试样品燃烧放热量,并计算B粉燃烧效率,采用Fluent软件对B粉燃烧过程中的氧弹内流场进行数值模拟,分析氧弹内温度及氧气浓度随时间的分布,研究了SQ-2与B粉的混合质量比、充氧压强、坩埚位置、坩埚大小及有无挡板对B粉燃烧效率的影响。结果表明,SQ-2与B粉的最佳混合质量比为10∶1;最佳充氧压强为3 MPa;选择内径大(最佳内径17 mm)、高度低(最佳高度5 mm)的坩埚,并减小坩埚与氧弹底部的距离(最佳距离10 mm),同时选用不含挡板的坩埚支架,可为B粉创造良好的燃烧环境,在氧弹中的最大燃烧效率可达99.36%。     

某大长径比固体火箭发动机不稳定燃烧试验研究

针对某大长径比固体火箭发动机试验过程中出现的压强异常升高、推力异常振荡、工作时间大幅缩短的现象,通过试验数据分析、声腔模态分析、大涡模拟(LES)及单项试验验证等多种手段,分析了发动机燃烧室内阻尼因助推级工作结束、喉通比减小等因素而降低,使得阻尼小于推进剂燃烧增益是导致某大长径比发动机发生不稳定燃烧的主要原因。同时,提出了可以通过优化续航级推进剂配方解决发动机不稳定燃烧。随后,通过T型燃烧器试验筛选,获得了一种低压强耦合响应函数的续航级推进剂配方,并使用该配方开展了一系列验证试验。试验结果表明,在更换压强耦合响应函数较低的新配方后,参与试验的多发发动机未发生不稳定燃烧,通过更换配方解决发动机不稳定燃烧的措施有效。     

固液混合火箭发动机高效喷注燃烧技术发展与应用

固液火箭发动机通常采用液体氧化剂和固体燃料作为推进剂组合,是一种具有良好应用前景的火箭动力系统。氧化剂喷注燃烧特性是固液火箭发动机性能和可靠性的决定性影响因素之一。按照喷注介质的物理聚集态,固液火箭发动机常用气体喷注器和液体喷注器两类。气体喷注器的典型喷注介质为气氧(GOX)、催化过氧化氢(H₂O₂),液体喷注器的典型喷注介质为液氧(LOX)、高浓度H₂O₂、氧化亚氮(N₂O)。对国内外研究机构开展各类喷注器的高效喷注燃烧技术的代表性研究进行了分类介绍,对其典型探索性工程实践中使用的氧化剂喷注方案进行了梳理总结,分析归纳了固液火箭发动机高效喷注燃烧的主要关键技术,即氧化剂喷注稳燃技术、喷注流场高效药柱传热技术、喷注流场高效推进剂掺混技术、喷注结构长时间热防护技术。     

固体燃料超燃冲压发动机关键基础技术问题

针对固体燃料超燃冲压发动机的应用背景、技术优势和发展需求,对制约固体燃料超燃冲压发动机进一步工程化应用所面临的主要关键基础技术进行系统梳理。通过对固体燃料超燃冲压发动机工作原理、点火和火焰稳定性、燃面退移速率模型、固体燃料种类、超燃冲压发动机试验台技术特点及固体燃料超燃冲压发动机工作性能的阐述,详细分析了固体燃料超燃冲压发动机技术研究的进展和难点,并对固体燃料超燃冲压发动机未来研究趋势进行了展望。研究认为,固体燃料在超声速流动下的细化燃烧反应机理还需要进行深入研究,需要建立更加完善的超声速细化燃烧模型;考虑不同的固体燃料,固体燃料配方不同,带来推力性能和燃烧效率也不一样,需要推动固体推进剂技术改良;发动机地面试验测量方式过于单一,需要发展先进的测量手段。     

单个铝颗粒及铝颗粒群点火燃烧研究进展

以铝为代表的金属颗粒燃料具有燃烧热值高、存储稳定性好、产物无毒等优点,在军用和民用领域具有广阔的应用前景。从单个铝颗粒点火燃烧和铝颗粒群点火燃烧两方面综述相关领域的研究进展,梳理了单个铝颗粒燃烧的理论研究和数值模拟方法发展历程和发展动态。从实验研究、理论模型和数值模拟三方面重点介绍了铝颗粒群燃烧的研究现状,指出建立能兼顾计算精度和计算成本的铝颗粒点火燃烧子模型是提高含铝颗粒燃烧室优化设计的关键。论文第三部分介绍了基于化学建表的固体颗粒燃料燃烧数值模拟方法及该方法在铝颗粒燃烧中的最新应用。最后,指出铝颗粒群燃烧研究中亟待解决的问题。     

冷却速度对TG6钛合金均温区组织性能的影响

通过焊接热模拟试验研究冷却速度对TG6钛合金焊接热模拟均温区组织性能的影响。结果表明:在空冷状态下均温区达到最佳的性能,随着冷却速度的增大,均温区的抗拉强度稍有提高,拉伸延伸率及断面收缩率没有明显变化;冲击韧性空冷达到最大值,水冷稍有下降;显微硬度随冷却速度增大而增加。     

多类型温度传感器通用接口研究

论文针对目前大型建筑中温度测控器可接入温度传感器类型单一、现场操作不够灵活、经济性差等问题,提出了一种新的温度测控器接口设计方法,可以兼容PT1000、NTC10K、4-20mA、0-10V等常用温度传感信号,且不用硬件跳线,只需通过软件对端口类型进行配置,即可接入所需的传感信号类型,给实际应用带来了很大的方便,并减少了温度测控器的端口浪费,具有很高的经济效益。     

铁电阴极用于小功率电推力器

分析了当前小功率电推力器对零流动无推进剂阴极的需求现状。提出铁电阴极用于小功率电推进中和器的可能性。研究了厚度为0．5mm的PLZT（锆钛镧酸铅）铁电陶瓷在低电压（1．0～1．2kV）条件下的电子发射性能。实验采用脉宽为1μs的单极性正高压脉冲作为激励源。在收集极获得了脉宽为320ns～3000ns,最高峰值为34A的发射电流。在10^-4乇的真空环境中得到了非常可靠的电子发射。     

推力矢量发动机燃气舵舵间干扰的数值分析

通过求解N-S方程,对某空空导弹燃气舵在不同状况下的三维湍流干扰流场进行数值仿真,得到了燃气舵在不同舵偏角下绕流流场的复杂波系结构,计算了测量舵在无干扰舵和有干扰舵情况下升力和阻力等参量随舵偏角的变化曲线。所得舵间干扰相对误差不超过2%,与实际要求相吻合。结果表明,所采用的流动模型和数值模拟方法对燃气舵的气动性能进行预示是有效的。