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液体火箭发动机热试车启动中导流锥对燃气管路流动特性影响研究

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推进技术 2024年第2期45卷 54-62页

作者：周子杨宫武旗陈晖马冬英高远皓苏勇西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049 西安航天动力研究所陕西西安710100

双推力室液体火箭发动机启动过程中,若出现两支管流量分配不均等现象,极易引起点火失败,造成重大损失。因此,燃气管路分叉处内部流动特性和在分叉处布置导流锥对改善流动特性影响的研究具有重要意义。本文针对某双推力室液体火箭发动机... 详细信息

双推力室液体火箭发动机启动过程中,若出现两支管流量分配不均等现象,极易引起点火失败,造成重大损失。因此,燃气管路分叉处内部流动特性和在分叉处布置导流锥对改善流动特性影响的研究具有重要意义。本文针对某双推力室液体火箭发动机热试车启动过程中的燃气管路,以试验数据作为边界条件,开展了瞬态流动数值仿真研究。结果表明,火箭发动机热试车启动过程中,燃气管路流动呈现出4个典型阶段,分别为点火前的平稳期、点火后的一次上升期、下降期和二次上升期。在启动过程中,无导流锥时,导流罩进口存在预旋回流区、一侧出口存在滞止回流区,导流罩与燃气支管衔接处内侧存在转弯回流区,三者相互作用是造成两支管间压力分布不对称及出口质量流量分配不平衡的主要原因;有导流锥时,预旋回流区被导流锥约束而缩小,滞止回流区消失。有导流锥与无导流锥时相比,在启动过程中约0.2 s与0.6 s时刻,两支管对称测点压差均值分别降低约80.0%与80.0%,两支管出口质量流量差值分别降低约55.0%与80.8%。导流锥有效改善了流动特性,使得两支管压力分布的对称性提高,流量分配平衡性增强。导流锥对双推力室液体火箭发动机稳定性提高有重要作用。

关键词：液体火箭发动机双推力室热试车启动过程导流锥燃气管路数值仿真

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液体火箭发动机喷管发汗冷却研究

航空动力学报 2008年第7期23卷 1334-1340页

作者：金韶山姜培学孙纪国清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 北京航天动力研究所北京100076

采用SSTk-ω湍流模型对液体火箭发动机喷管发汗冷却进行了全场耦合计算,考虑了不同孔隙率、变物性、可压缩性、多孔介质热弥散效应、微尺度流动以及传质等因素的影响,比对再生冷却分析了不同注入率对壁面温度、冷却效率以及边界层厚度... 详细信息

采用SSTk-ω湍流模型对液体火箭发动机喷管发汗冷却进行了全场耦合计算,考虑了不同孔隙率、变物性、可压缩性、多孔介质热弥散效应、微尺度流动以及传质等因素的影响,比对再生冷却分析了不同注入率对壁面温度、冷却效率以及边界层厚度的影响;结果表明平均注入率的增大使平均壁温以更大的比例降低,采用发汗冷却的喷管喉部不再是最高温的部位.将CFD计算结果分别与实验以及一维气动公式计算结果进行了比较,证实计算结果可靠.

关键词：发汗冷却液体火箭发动机拉瓦尔喷管再生冷却烧结多孔

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液体火箭发动机尾焰对发射平台冲击效应

航空动力学报 2016年第8期31卷 1995-2001页

作者：蔡红华聂万胜侯志勇装备学院航天装备系北京101416

为研究液体火箭发动机尾焰对发射平台的冲击效应特性,建立液体火箭发动机尾焰对发射平台冲击数值计算模型.针对液氧/煤油发动机尾焰对发射平台冲击特性,基于建立模型研究了喷管出口距离平台3,5m工况下推进剂流量和复燃对冲击特性的影响... 详细信息

为研究液体火箭发动机尾焰对发射平台的冲击效应特性,建立液体火箭发动机尾焰对发射平台冲击数值计算模型.针对液氧/煤油发动机尾焰对发射平台冲击特性,基于建立模型研究了喷管出口距离平台3,5m工况下推进剂流量和复燃对冲击特性的影响,并分析了影响差异及其产生差异的原因.结果表明:尾焰自由射流区的激波膨胀、压缩距离和壁射流区面积随推进剂流量的增大而增大;考虑复燃化学反应不仅改变了自由射流区和滞止区的形状结构,而且增大了壁射流区的面积和温度;复燃和推进剂流量均是通过影响尾焰结构对冲击特性产生影响,具体影响效果与喷管出口和发射平台间距离有关.

关键词：尾焰冲击效应复燃液体火箭发动机推进剂

液体火箭发动机推进剂泵诱导轮与离心轮的匹配

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航空学报 2019年第5期40卷 81-93页

作者：杨宝锋李斌陈晖刘占一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

为获得诱导轮离心轮周向匹配的时序效应对离心泵外特性以及压力脉动的影响规律,阐释相关作用机制,采用基于分离涡仿真(DES)的离心泵三维全流道数值仿真方法,引入熵产理论以及压力脉动强度系数等先进分析方法对不同匹配角度下离心泵内能... 详细信息

为获得诱导轮离心轮周向匹配的时序效应对离心泵外特性以及压力脉动的影响规律,阐释相关作用机制,采用基于分离涡仿真(DES)的离心泵三维全流道数值仿真方法,引入熵产理论以及压力脉动强度系数等先进分析方法对不同匹配角度下离心泵内能量损失机制及压力脉动特性进行了研究。结果表明:离心轮诱导轮的时序效应对泵外特性有一定的影响,随着匹配角度的增加,扬程和效率均呈现先减小后缓慢增大的趋势,扬程变化为0.8%,效率变化为1.2%,其影响机制由不同匹配角度下叶轮通道分离涡、叶轮叶片尾迹以及靠近隔舌处扩压器通道回流涡变化决定;时序效应对离心轮扩压器动静干涉效应影响显著,当诱导轮叶片尾缘位于离心轮相邻主叶片中间位置时,能够有效消除3倍频成分,显著降低泵内压力脉动水平,其中动静干涉区域以及隔舌处扩压器叶片表面压力脉动平均降幅分别达到14.5%和16.7%。

关键词：涡轮泵诱导轮离心轮液体火箭发动机时序效应熵产压力脉动

液体火箭发动机地面试验控制电路的设计与分析

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北京航空航天大学学报 2024年第7期50卷 2245-2255页

作者：徐勇郭红杰超力德黄俊杰梁国柱北京航空航天大学宇航学院北京100191

针对液体火箭发动机地面试验控制系统须抑制控制电路输入端的脉冲噪声、输出端的反峰电压及控制电流测量精度低等问题,运用放大电路原理,采用电路仿真方法,设计了基于电路印制板型固态继电器的控制驱动和控制电流测量电路。控制驱动电... 详细信息

针对液体火箭发动机地面试验控制系统须抑制控制电路输入端的脉冲噪声、输出端的反峰电压及控制电流测量精度低等问题,运用放大电路原理,采用电路仿真方法,设计了基于电路印制板型固态继电器的控制驱动和控制电流测量电路。控制驱动电路应用“二极管+稳压二极管”模块以实现降低反峰电压和缩短复位时间的效果,控制驱动电路中固态继电器输出端集成了光耦隔离模块用于反馈控制信号,控制电流测量电路主要由霍尔效应电流感应模块和运算放大器构成以达到较高精度测量控制电流的目的。通过电路仿真,分析了控制驱动电路的反峰电压抑制模块、控制电流测量电路的动静态特性。仿真和实测结果表明:控制电流测量电路的基本误差为6.66%±1.80%,电路上升时间小于0.3 ms,下降时间小于0.5 ms;控制驱动电路的接通时间小于2μs,关断时间小于0.5 ms,“标准恢复二极管+齐纳二极管”方法能有效抑制反峰电压;控制驱动电路可应用于液体火箭发动机高精度的地面试验控制系统研制。

关键词：地面试验控制电路固态继电器电流测量霍尔效应液体火箭发动机

液体火箭发动机故障诊断器设计及其HIL验证

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北京航空航天大学学报 2019年第10期45卷 1995-2002页

作者：赵万里郭迎清杨菁薛薇武小平西北工业大学动力与能源学院西安710129 北京航天动力研究所北京100076

为了实现某型液体火箭发动机机载实时故障诊断,采用FPGA与DSP相结合的方式作为硬件架构设计了故障诊断器,其中FPGA控制高精度A/D转换器进行传感器数据采集,DSP运行故障诊断算法并将结果输出,对故障诊断器的硬件和软件分别进行了设计。... 详细信息

为了实现某型液体火箭发动机机载实时故障诊断,采用FPGA与DSP相结合的方式作为硬件架构设计了故障诊断器,其中FPGA控制高精度A/D转换器进行传感器数据采集,DSP运行故障诊断算法并将结果输出,对故障诊断器的硬件和软件分别进行了设计。提出了一种递归结构识别(RESID)算法用于液体火箭发动机故障诊断,该算法可在6 ms内诊断出流量衰减故障。搭建基于故障诊断器和工控机的硬件在环(HIL)试验平台,采用自动代码生成技术与手写代码结合的方式对RESID算法进行了试验验证,通过上位机界面进行观察。结果表明:RESID算法能准确地诊断出发动机常见的故障并在故障诊断器上实现,算法运行时间为3. 9 ms,故障诊断器可以实现实时数据监测和故障诊断,相对于传统平台更加小型化和经济化,既可以作为机载装置使用,也可作为通用平台来开发新算法。

关键词：液体火箭发动机故障诊断故障诊断器 FPGA+DSP 代码生成 HIL平台

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液体火箭发动机供应系统频率特性

航空动力学报 2023年第1期38卷 230-239页

作者：董蒙谭永华邢理想徐浩海李鹏飞中国航天科技集团有限公司、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 中国航天科技集团有限公司航天推进技术研究院西安710100

为了研究减少液体火箭发动机供应系统振荡的有效工程措施,对模型系统与真实系统建立适用于中高频分析的线性化复频域传递函数矩阵模型,结合节流圈阻抗与管路特征阻抗对比方法,分析系统流路在出口压力激励下的频率特性。结果表明:激励源... 详细信息

为了研究减少液体火箭发动机供应系统振荡的有效工程措施,对模型系统与真实系统建立适用于中高频分析的线性化复频域传递函数矩阵模型,结合节流圈阻抗与管路特征阻抗对比方法,分析系统流路在出口压力激励下的频率特性。结果表明:激励源端可能产生谐振频率偏移效应,应选取非激励源端的幅频响应来判断系统谐振频率;节流圈具有较强的频率选择性和对表现出反谐振特征的系统具有位置选择性,需重视关注的频率与位置;节流圈位置越靠近流量振型波腹,或流量波腹位置处的节流圈压降越大,对流路中振荡衰减作用越大。针对该液体火箭发动机供应系统,缩短液氧路管长0.1 m,增大煤油路管长0.05 m,并调整节流圈压降分配,可有效减小供应系统振荡。

关键词：液体火箭发动机供应系统工程措施节流圈阻抗频率特性

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液体火箭发动机推力室壁瞬态加载三维热结构分析

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推进技术 2016年第7期37卷 1328-1333页

作者：孙冰宋佳文北京航空航天大学宇航学院北京100191

为了预测再生冷却液体火箭发动机推力室壁的应变分布,研究内壁失效机理,使用有限元法对推力室壁进行了三维瞬态热分析,在瞬态热分析结果的基础上采用多线性随动硬化模型对推力室壁进行了三维弹塑性结构分析。计算结果表明,多线性随动硬... 详细信息

为了预测再生冷却液体火箭发动机推力室壁的应变分布,研究内壁失效机理,使用有限元法对推力室壁进行了三维瞬态热分析,在瞬态热分析结果的基础上采用多线性随动硬化模型对推力室壁进行了三维弹塑性结构分析。计算结果表明,多线性随动硬化模型能够准确地模拟推力室内壁材料的应力-应变关系;内壁温度达到稳态的时间相比外壁要短得多,在预冷、试车和后冷开始约0.1s后内壁温度便已经接近稳态;瞬态加载三维热结构分析能够确定推力室内壁最先失效的危险点的位置在喉部上游冷却通道中心;推力室壁瞬态加载三维热结构分析得到的最大残余应变比稳态加载大15.7%。

关键词：液体火箭发动机再生冷却推力室瞬态导热热应力结构分析流固耦合

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液体火箭发动机燃烧室壁面热流测量方法研究

推进技术 2017年第9期38卷 2122-2129页

作者：孙冰刘迪王太平北京航空航天大学宇航学院北京100191

为了研究液体火箭发动机燃烧室的壁面热载荷,提出了一种简单、准确的燃烧室壁面热流测量方法。通过发动机热试,测得了距燃烧室壁面不同径向深度的瞬态温度数据,采用一种基于分离变量的数据处理方法,最终得到燃烧室壁面热流和壁面温度。... 详细信息

为了研究液体火箭发动机燃烧室的壁面热载荷,提出了一种简单、准确的燃烧室壁面热流测量方法。通过发动机热试,测得了距燃烧室壁面不同径向深度的瞬态温度数据,采用一种基于分离变量的数据处理方法,最终得到燃烧室壁面热流和壁面温度。研究表明,提出的热流测量方法能够准确获得燃烧室壁面热流和壁面温度且不会放大误差。发动机热试的瞬态过程中,温度的响应存在明显的迟滞性,5s时间不足以使温度达到稳态。而燃烧室壁面热流响应迅速,达到稳态所需时间在2 s左右,且热流的变化规律与燃烧室压力变化规律一致。

关键词：液体火箭发动机燃烧室壁面热流壁面温度燃烧室压力