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流量调节器管路系统自激振荡及稳定性

航空学报 2024年第11期45卷 272-287页

作者：董蒙邢理想徐浩海西安航天动力研究所液体火箭发动机技术重点实验室西安710100 航天推进技术研究院西安710100

流量调节器管路系统是液氧煤油发动机中的重要模块,通过探究该系统的稳定性特征,为减小参数振荡的改进措施提供方向。通过非线性与小偏差线性方法,揭示自激振荡机制,获得系统分岔特性和稳定边界。研究发现:平衡点不稳定是自激振荡的形... 详细信息

流量调节器管路系统是液氧煤油发动机中的重要模块,通过探究该系统的稳定性特征,为减小参数振荡的改进措施提供方向。通过非线性与小偏差线性方法,揭示自激振荡机制,获得系统分岔特性和稳定边界。研究发现:平衡点不稳定是自激振荡的形成条件,系统从线性项为主导的78.81 Hz发散振荡,逐步发展为非线性主导的70.01 Hz等幅振荡。随着压差增大,系统发生了Hopf超临界分岔,稳定区域随之缩小;随着节流面积增大,系统出现了Hopf亚临界分岔,稳定区域随之扩大。减小管长与增大管径均减弱了不稳定的幅值条件,皆有利于系统稳定。调节器阻尼孔对稳定边界影响不大,减小该孔径可明显减小自激振荡幅值。调节器矩形槽高度增大可使稳定区域增大,在高度为4.5、2.5 mm时分别出现了复杂的稳定边界分支、分岔曲线拐点。流量边界下的系统稳定性取决于静态负载曲线的差率,当工作在负差率区,系统不稳定,且流量边界下系统稳定域比压力边界更大。

关键词：流量调节器自激振荡稳定性分岔特性稳定边界

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液体火箭发动机高频燃烧不稳定问题综述

航空学报 2024年第11期45卷 106-132页

作者：汪广旭李斌谭永华高玉闪西安航天动力研究所航天液体动力全国重点实验室西安710100 中国航天科技集团航天推进技术研究院西安710100

高频燃烧不稳定现象诱发的大幅值压力振荡严重威胁液体火箭发动机可靠性,为此,国内外开展了大量深入的研究工作。为了提高对此类问题及相关研究的整体认识,系统阐述了液体火箭发动机高频燃烧不稳定问题的主要特点、关键物理机制、研究... 详细信息

高频燃烧不稳定现象诱发的大幅值压力振荡严重威胁液体火箭发动机可靠性,为此,国内外开展了大量深入的研究工作。为了提高对此类问题及相关研究的整体认识,系统阐述了液体火箭发动机高频燃烧不稳定问题的主要特点、关键物理机制、研究思路等,重点梳理了国内外在液体推进剂燃烧子过程响应机理方面的研究工作,明确指出了燃烧速率控制过程对于此类问题分析的重要意义。在此基础上,详细总结了液滴蒸发和射流掺混作为速率控制过程的高频燃烧不稳定问题数值仿真研究进展,仔细归纳了线性和非线性理论解析分析方法面临的挑战,简要介绍了基于非线性动力系统的分析方法在揭示高频燃烧不稳定非线性行为以及稳定性裕度评估方面的重要潜力。最后,针对不同工程控制措施的内在联系、应用情况等进行了分析,特别强调了燃烧释热分布控制的重要性。

关键词：液体火箭发动机高频燃烧不稳定燃烧响应速率控制过程燃烧释热分布控制

液体火箭发动机高频纵向燃烧不稳定现象的随机性

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航空学报 2024年第14期45卷 189-199页

作者：汪广旭杨宝娥谭永华高玉闪李斌西安航天动力研究所航天液体动力全国重点实验室西安710100 中国航天科技集团航天推进技术研究院西安710100

围绕自燃推进剂液体火箭发动机燃烧室高频纵向燃烧不稳定现象的随机性进行了深入探讨,分析了结构振动数据在表征燃烧室压力振荡方面的有效性,对比了理论声模态和实测振型,基于蒸发过程作为速率控制的假设,对该燃烧室的稳定性进行了分析... 详细信息

围绕自燃推进剂液体火箭发动机燃烧室高频纵向燃烧不稳定现象的随机性进行了深入探讨,分析了结构振动数据在表征燃烧室压力振荡方面的有效性,对比了理论声模态和实测振型,基于蒸发过程作为速率控制的假设,对该燃烧室的稳定性进行了分析,并提出了造成不同供应系统下稳定性差异的2种假设模型。研究表明:由结构振动传感器测得的是燃烧室结构对燃气压力振荡场的响应结果,后者存在一定的频率选择性和非线性;实测突频幅值分布与该频率下的理论声模态基本吻合,确定该燃烧室发生了高频一阶纵向燃烧不稳定现象;线性模型结果表明,该燃烧室具有一定的稳定性裕度,但不能解释系统2条件下燃烧不稳定现象随机出现这一现象;系统2条件下该燃烧室的稳定性恶化或不同工况间的稳定性波动幅值增加,造成部分工况点落入非线性不稳定性区间,成为潜在的不稳定工况。

关键词：液体火箭发动机高频纵向燃烧不稳定供应系统随机性

液体火箭发动机工程研制中的结构强度研究进展

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航空学报 2024年第11期45卷 51-65页

作者：穆朋刚李斌潮王珺宋少伟时寒阳西安航天动力研究所液体火箭发动机技术重点实验室西安710100

液体火箭发动机为中国天地运输系统的主动力,承担绝大部分航天器的发射任务。发动机在高压、高温、高转速、强振动等极端恶劣的条件下工作,所面临结构强度问题非常突出。发动机结构强度问题起始于方案论证阶段,贯穿于产品整个寿命周期... 详细信息

液体火箭发动机为中国天地运输系统的主动力,承担绝大部分航天器的发射任务。发动机在高压、高温、高转速、强振动等极端恶劣的条件下工作,所面临结构强度问题非常突出。发动机结构强度问题起始于方案论证阶段,贯穿于产品整个寿命周期直至发射任务完成,而发动机在结构设计、载荷与使用环境、材料、制造过程、试验及强度评估等诸多方面存在不确定性和尚未解决的深层次问题,使结构强度成为影响发动机安全性和可靠性的一项重要因素。以发动机工程研制中的结构强度为出发点,总结探讨了发动机在结构强度设计及验证过程中若干个重要方面,涵盖载荷与使用环境、安全系数、材料、试验测试、损伤检测、验证及评估等,为发动机结构强度设计体系探索及新型发动机预研提供研究思路。

关键词：液体火箭发动机结构强度工程研制载荷验证评估

重复使用火箭涡轮泵轴承故障特征提取方法优化

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火箭推进 2024年第1期50卷 154-162页

作者：王得龙王伟金路王俨剀西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129 西安航天动力研究所陕西西安710100

涡轮泵轴承是可重复使用火箭的关键,因此能够有效提取出轴承故障特征频率从而展开故障诊断十分重要。将奇异值分解(SVD)和包络谱解调法相结合,对火箭涡轮泵轴承展开故障特征提取。对轴承内环、外环及滚动体故障数据进行处理和分析,结果... 详细信息

涡轮泵轴承是可重复使用火箭的关键,因此能够有效提取出轴承故障特征频率从而展开故障诊断十分重要。将奇异值分解(SVD)和包络谱解调法相结合,对火箭涡轮泵轴承展开故障特征提取。对轴承内环、外环及滚动体故障数据进行处理和分析,结果表明,针对信号中含有大量噪声的数据,相比传统的包络谱解调法,改进方法的故障特征提取效果明显提升。通过该方法提取出的3种故障低频特征频率的相对幅值相比于传统包络谱解调均有提升。同时,可以有效降低高频噪声的干扰,尤其在高频区依然可以看到比较明显的特征频率,而传统包络谱解调法的高频区基本被噪声覆盖。通过计算得出信号的信噪比均有60 dB以上的提升。

关键词：涡轮泵滚动轴承包络谱奇异值分解故障特征提取

不同增强方向的带支柱体心立方点阵及其填充结构的压缩力学性能分析

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中国机械工程 2024年

作者：张武昆赵剑谭永华高玉闪王珺韩子月耿小亮航天液体动力全国重点实验室西安航天动力研究所西安建筑科技大学机电工程学院西北工业大学力学与土木建筑学院

为研究不同增强方向的BCCZ点阵及其填充结构的压缩力学性能，制备了硅橡胶填充点阵结构试验件。通过试验和仿真方法研究了硅橡胶填充BCC1和BCC2（加载方向分别与BCCZ点阵的Z杆方向相同或垂直）两种点阵结构的压缩力学性能，并采用铁木... 详细信息

为研究不同增强方向的BCCZ点阵及其填充结构的压缩力学性能，制备了硅橡胶填充点阵结构试验件。通过试验和仿真方法研究了硅橡胶填充BCC1和BCC2（加载方向分别与BCCZ点阵的Z杆方向相同或垂直）两种点阵结构的压缩力学性能，并采用铁木辛柯梁理论和极限载荷法分析了两种BCCZ点阵结构的等效弹性模量和压缩平台应力。结果表明：提出的理论模型能够很好的预测两种点阵结构的等效弹性模量和压缩平台应力。经过填充后两种点阵结构的压缩强度和吸能性能均会得到增强，BCC2结构的增强效果更加显著。对BCC1点阵结构，填充提高了其内部杆件的承载力；而对BCC2点阵结构，填充减少了其“V”型剪切带附近的杆件弯曲变形。随着点阵结构半径的增加，两种结构的吸能耦合因子均先增加后减小，而BCC1型结构的吸能耦合因子变化更明显。

关键词：力学性能点阵结构等效弹性模量有限元仿真填充结构

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同方期刊数据库

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核热火箭发动机技术发展态势分析与启示

火箭推进 2024年第4期50卷 14-30页

作者：彭乐钦杨宝娥马元高玉闪杨岸龙徐天罡吴慧博西安航天动力研究所航天液体动力全国重点实验室陕西西安710100

为解决航天任务中太阳能利用困难和化学能能力瓶颈的问题,发展空间核动力势在必行。核热火箭发动机具有运行能量转换效率高、推力调节范围广、比冲大、长驻留、启动快、可多次启停等优点,近年来再次成为国内外研究热点。通过回顾美俄在... 详细信息

为解决航天任务中太阳能利用困难和化学能能力瓶颈的问题,发展空间核动力势在必行。核热火箭发动机具有运行能量转换效率高、推力调节范围广、比冲大、长驻留、启动快、可多次启停等优点,近年来再次成为国内外研究热点。通过回顾美俄在核热火箭发动机技术上的发展历程,梳理涉及的反应堆、发动机、推进剂管理、地面试验、系统仿真与核安全等相关的关键技术,总结美俄核热火箭发动机发展的启示,为未来空间核热火箭发动机的规划论证与技术研发提出发展建议。

关键词：固体堆芯核热火箭发动机反应堆地面试验系统仿真

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长旋流腔敞口型离心喷嘴注气雾化特性试验

火箭推进 2024年第3期50卷 28-41页

作者：彭乐钦吴慧博徐天罡杨岸龙杨宝娥西安航天动力研究所航天液体动力全国重点实验室陕西西安710100

以水和煤油模拟液作为液体工质,氮气和氦气作为注入气体,采用可视化试验技术和激光多普勒测速仪试验研究了不同气体流量作用下的长旋流腔敞口型离心喷嘴的雾化特性,包括喷注液膜破碎形态、气液两相混合建压与雾化粒径。研究结果表明:随... 详细信息

以水和煤油模拟液作为液体工质,氮气和氦气作为注入气体,采用可视化试验技术和激光多普勒测速仪试验研究了不同气体流量作用下的长旋流腔敞口型离心喷嘴的雾化特性,包括喷注液膜破碎形态、气液两相混合建压与雾化粒径。研究结果表明:随着气液质量流量比升高,破碎模式逐步由轮缘型破碎、多孔型破碎过渡到爆裂型破碎。雾化过程中在喷嘴出口处伴随间歇性的中心气流冲击,冲击长度随气体流量升高而增大,但冲击频率随气体流量呈非线性变化,在气体流量较高或较低时的冲击频率反而升高。注气显著提高了喷注压降和雾化均匀性,相同气体流量的条件下,氦气相较于氮气具有更快的建压速度和更高的建压值,但氦气作用下的两相混合建压时混合室内的压力波动更为剧烈;氦气吹除的雾化粒径普遍小于氮气,但过高的氦气注气流量易引起气流冲击,引起冲击间隔时间内的雾化分布不均。

关键词：离心喷嘴长旋流腔注气雾化破碎模式气液两相建压雾化粒径

液氧煤油发动机汽蚀故障主动控制策略仿真研究

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航空动力学报 2023年第6期38卷 1506-1515页

作者：陈一丹陈宏玉王升中国航天科技集团有限公司西安航天动力研究所西安710100

以氧化剂预压泵入口压力作为监测对象,在氧化剂主泵汽蚀故障时通过动作流量调节器减少进入预燃室的燃料流量,进而稳定混合比、抑制燃气温升,达到避免过高燃气温度造成灾难性后果的目的。设置燃料路流量调控为98.8%、97.2%、89.5%和74.5... 详细信息

以氧化剂预压泵入口压力作为监测对象,在氧化剂主泵汽蚀故障时通过动作流量调节器减少进入预燃室的燃料流量,进而稳定混合比、抑制燃气温升,达到避免过高燃气温度造成灾难性后果的目的。设置燃料路流量调控为98.8%、97.2%、89.5%和74.5%的额定流量和0、0.15、0.23 s和0.30 s四种调控延时的控制策略,通过仿真研究其有效性。结果表明:汽蚀故障下燃料最佳节流量是保持混合比为额定值的取值;最大允许时间延时随着汽蚀故障严重程度的增加而降低。当贮箱压力在0.10 s内降低至额定压力的53%、43%和33%时,最大允许动作延时分别为0.23、0.17 s和0.13 s;最佳控制时间延时参考值为0.09 s,增大延时导致部分组件参数出现超调,减小延时会存在发动机熄火的风险。

关键词：液氧煤油发动机预燃室汽蚀故障健康监控系统仿真