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气氧/丙烷小推力发动机设计与实验

航空动力学报 2011年第10期26卷 2352-2357页

作者：李君海曾鹏俞南嘉蔡国飙北京航空航天大学宇航学院北京100191

为适应小推力发动机无毒、无污染、高性能、低成本的发展趋势,设计了一种以气氧(GO2)/丙烷(C3H8)为推进剂的发动机.采用层板式头部喷注器、利用喷嘴间隙实现电火花点火的独特点火方案、通过边区喷嘴进行气膜冷却,同时设计了发动机实验... 详细信息

为适应小推力发动机无毒、无污染、高性能、低成本的发展趋势,设计了一种以气氧(GO2)/丙烷(C3H8)为推进剂的发动机.采用层板式头部喷注器、利用喷嘴间隙实现电火花点火的独特点火方案、通过边区喷嘴进行气膜冷却,同时设计了发动机实验系统并开展了初步实验研究.实验结果表明:实验系统设计合理;发动机点火方案可靠、燃烧稳定、热防护效果良好,为进一步的研究奠定了基础.

关键词：气氧/丙烷推进剂小推力发动机层板喷注器电火花点火气膜冷却实验系统

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推力室涡流冷却技术试验研究

推进技术 2012年第6期33卷 956-960页

作者：李家文唐飞俞南嘉北京航空航天大学宇航学院北京100191

涡流冷却是一种新型液体火箭发动机推力室冷却技术。在理论分析和数值计算的基础上,设计了采用气氢/气氧作为推进剂的试验用涡流冷却推力室,进行了多次冷流试验和点火试验。在不采用其它冷却措施的情况下,完成了工作时间为20s的点火试... 详细信息

涡流冷却是一种新型液体火箭发动机推力室冷却技术。在理论分析和数值计算的基础上,设计了采用气氢/气氧作为推进剂的试验用涡流冷却推力室,进行了多次冷流试验和点火试验。在不采用其它冷却措施的情况下,完成了工作时间为20s的点火试验。试验结果表明,涡流冷却推力室工作稳定,气氧形成了有效的冷涡流,圆筒段外壁面温升为5K,部分气氧形成的气膜也对喷管形成了有效的保护。

关键词：液体火箭发动机涡流冷却推力室点火试验

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双工况流量调节阀的设计与试验

航空动力学报 2013年第1期28卷 219-225页

作者：李君海俞南嘉蔡国飙北京航空航天大学宇航学院北京100191

介绍了一种双工况流量调节阀的原理与设计方法,利用上游贮箱压力作为控制气调节阀芯位移,控制阀门开启与工况调节,实现飞行用挤压式供给系统的启动以及流量快速调节.分析了阀门关键设计参数:敏感元件外径、弹簧刚度和初始压缩量对阀芯... 详细信息

介绍了一种双工况流量调节阀的原理与设计方法,利用上游贮箱压力作为控制气调节阀芯位移,控制阀门开启与工况调节,实现飞行用挤压式供给系统的启动以及流量快速调节.分析了阀门关键设计参数:敏感元件外径、弹簧刚度和初始压缩量对阀芯位移的影响;通过试验验证了阀门的压降损失在2种工况下能分别保持固定值;对采用该阀门的供给系统进行了试验,试验中阀门开启迅速,成功实现了氧化剂供给系统的流量调节,其中第1工况阶段流量约4.5kg/s,第2工况阶段流量为2.0kg/s,工况转换较迅速,达到了预期值,这说明阀门的原理和设计方法是可行的.

关键词：阀门流量调节压降损失系数供给系统变推力发动机

药柱含扰流板H_2O_2/HTPB固液火箭发动机两相流数值计算

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航空动力学报 2013年第11期28卷 2621-2626页

作者：王鹏飞田辉俞南嘉蔡国飙北京航空航天大学宇航学院北京100191

研究了药柱中添加扰流板对固液火箭发动机燃烧性能的影响，以北京航空航天大学≠100mm标准固液火箭发动机为计算模型，针对98％H：0。／HTPB（过氧化氢／端羟基聚丁二烯）推进剂组合，采用二维轴对称气液两相模型计算了不同药柱位置、... 详细信息

研究了药柱中添加扰流板对固液火箭发动机燃烧性能的影响，以北京航空航天大学≠100mm标准固液火箭发动机为计算模型，针对98％H：0。／HTPB（过氧化氢／端羟基聚丁二烯）推进剂组合，采用二维轴对称气液两相模型计算了不同药柱位置、不同孔径尺寸的扰流板对固液火箭发动机燃烧性能的影响．结果表明：孔径尺寸更小的扰流板且置扰流板于药柱长度的50％～70％时，平均燃料退移速率最大，燃烧效率最高，这将为扰流板设计提供理论依据．

关键词：固液火箭发动机扰流板药柱数值计算两相流

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应用气动谐振的气氧、煤油点火器的方案研究

北京航空航天大学学报 2003年第9期29卷 759-762页

作者：俞南嘉张国舟马彬北京航空航天大学宇航学院北京100083

为了实现液体推进剂火箭发动机的多次可靠起动 ,将气动谐振点火技术应用于气氧煤油的点火 .提出了两种应用气动谐振的气氧煤油点火器方案 :直接点火方案和间接点火方案 .在直接点火方案中对气氧与煤油同轴喷入和煤油由顶部喷入两种不同... 详细信息

为了实现液体推进剂火箭发动机的多次可靠起动 ,将气动谐振点火技术应用于气氧煤油的点火 .提出了两种应用气动谐振的气氧煤油点火器方案 :直接点火方案和间接点火方案 .在直接点火方案中对气氧与煤油同轴喷入和煤油由顶部喷入两种不同的点火方式进行了分析比较 .在间接点火方案中对点火火炬为富燃和富氧两种情况进行了对比分析 .试验研究表明两种方案均实现了多次可靠的点火并生成了稳定的点火火炬 .通过对两种方案的优缺点、工程上应用的技术可行性和存在的技术难点的分析。

关键词：点火装置谐振腔液体推进剂火箭发动机

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便携式火箭发动机地面试验测量与控制系统

航空动力学报 2012年第7期27卷 1652-1658页

作者：李新田俞南嘉李君海蔡国飙北京航空航天大学宇航学院北京100191

根据火箭发动机地面试验对测量与控制的要求,设计了一套用于火箭发动机地面试验数据采集与控制的便携式测控系统.测控系统硬件基于NI(National Instruments)公司的USB(universal serial BUS)数据采集与控制设备开发,集测量与控制功能于... 详细信息

根据火箭发动机地面试验对测量与控制的要求,设计了一套用于火箭发动机地面试验数据采集与控制的便携式测控系统.测控系统硬件基于NI(National Instruments)公司的USB(universal serial BUS)数据采集与控制设备开发,集测量与控制功能于一体,便携性好,通用性强;软件基于模块化设计思想,采用LabVIEW编程环境开发,人机交互界面友好,通用性强,可扩展性好.该测控系统平台已成功应用于多次发动机地面试验,能满足多种类型的火箭发动机试验对测控的需求.

关键词：火箭发动机地面试验测量系统控制系统 LabVIEW

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固液火箭发动机试验燃速的计算

航空动力学报 2013年第4期28卷 941-946页

作者：吴俊峰田辉李君海俞南嘉蔡国飙北京航空航天大学宇航学院北京100191

基于固液火箭发动机固体药柱燃速与药柱通道氧化剂质量流率的关系,推导分析得出:在2s短工作时间内或者药柱通道直径增大10%的情况下,燃烧室压力与其氧化剂质量流量成正比.因此通过试验测量的燃烧室压力可计算得到发动机转级或者关机拖... 详细信息

基于固液火箭发动机固体药柱燃速与药柱通道氧化剂质量流率的关系,推导分析得出:在2s短工作时间内或者药柱通道直径增大10%的情况下,燃烧室压力与其氧化剂质量流量成正比.因此通过试验测量的燃烧室压力可计算得到发动机转级或者关机拖尾段中的氧化剂质量流量.据此,计算发动机拖尾段消耗的燃料质量,消除发动机拖尾段燃料消耗对平均燃速的影响,可以修正常用的计算试验燃速的起止点平均法.利用此方法对两种试验推进剂组合的燃速进行了计算,原偏高的燃速值降低约20%,不同尺寸发动机的燃速符合尺寸规律,偏差在5%以内,使小尺寸发动机测得的燃速可应用到大尺寸发动机的设计中.

关键词：燃速计算固液火箭发动机燃烧室压力氧化剂质量流量起止点平均法

气氢气氧同轴剪切喷注器燃烧流场的PLIF测量及仿真研究

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推进技术 2016年第7期37卷 1380-1386页

作者：李峰俞南嘉戴健北京航空航天大学宇航学院北京100191

为探究同轴剪切气气喷注燃烧火焰结构及验证仿真方法的可行性,利用RANS方法对实验工况进行了计算,得到了燃烧室温度和OH分布,以及流场结构。并通过实验,利用平面激光诱导荧光(PLIF)技术测量了透明燃烧室内气氢气氧同轴剪切喷注燃烧火焰... 详细信息

为探究同轴剪切气气喷注燃烧火焰结构及验证仿真方法的可行性,利用RANS方法对实验工况进行了计算,得到了燃烧室温度和OH分布,以及流场结构。并通过实验,利用平面激光诱导荧光(PLIF)技术测量了透明燃烧室内气氢气氧同轴剪切喷注燃烧火焰的激光诱导OH荧光,得到了火焰结构图像。实验结果表明,在燃烧室前端形成了回流区和结构稳定的剪切燃烧层,在剪切和回流的共同作用下形成了OH尖峰。随OH尖峰下游湍流涡的发展,火焰结构产生褶皱,使燃烧得到了加强。将仿真和实验结果进行对比发现,两者剪切燃烧层位置最大相差0.6mm,OH尖峰轴向位置相差2mm,径向尺寸均为7mm。仿真和实验结果吻合较好,利用该仿真模型对实际情况进行预测是可行的。

关键词：同轴剪切喷注器气-气燃烧平面激光诱导荧光数值仿真

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环形喷嘴气动谐振加热性能

北京航空航天大学学报 2010年第1期36卷 82-86页

作者：俞南嘉蔡国飙张国舟北京航空航天大学宇航学院北京100191

为了研究环形喷嘴的气动谐振加热性能,采用高精度高分辨率的NND格式差分求解二维轴对称雷诺平均Navier-Stokes方程,对环形喷嘴-谐振管系统气动谐振加热过程中谐振管内振荡流动过程进行了数值仿真,并对不同面积的环形喷嘴-谐振管系统进... 详细信息

为了研究环形喷嘴的气动谐振加热性能,采用高精度高分辨率的NND格式差分求解二维轴对称雷诺平均Navier-Stokes方程,对环形喷嘴-谐振管系统气动谐振加热过程中谐振管内振荡流动过程进行了数值仿真,并对不同面积的环形喷嘴-谐振管系统进行了数值模拟.研究结果表明:环形喷嘴与圆喷嘴具有相似的谐振加热规律和流场特征,即利用环形喷嘴同样可在谐振管内产生强烈的高频激波振荡.随着环形喷嘴面积减小,每一个谐振周期中的谐振温升逐渐减小.而其能够产生强烈谐振的间距小于圆喷嘴-谐振管系统的间距,在小间距时可以在很宽的喷嘴入口压力范围内产生强烈的谐振,这为气动谐振点火器的结构小型化和工程实用性提供了理论依据.

关键词：气动谐振仿真点火