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氢氧燃气发生器低频燃烧稳定性仿真分析

航空动力学报 2024年第8期39卷 145-153页

作者：张亚田原潘亮孔维鹏中国航天科技集团有限公司北京航天动力研究所北京100076 中国航天科技集团有限公司低温液体推进技术实验室北京100076

针对某氢氧火箭发动机燃气发生器热试车参数存在约200~230 Hz较明显脉动的现象,建立了低频燃烧稳定性仿真数学模型,来分析是否发生了燃烧时滞相关的极限循环低频不稳定燃烧。不同燃烧时滞、喷注器压降和燃烧室容积条件下的仿真结果显示... 详细信息

针对某氢氧火箭发动机燃气发生器热试车参数存在约200~230 Hz较明显脉动的现象,建立了低频燃烧稳定性仿真数学模型,来分析是否发生了燃烧时滞相关的极限循环低频不稳定燃烧。不同燃烧时滞、喷注器压降和燃烧室容积条件下的仿真结果显示:由燃烧时滞引起的低频不稳定燃烧频率显著低于试验结果,试验中低频脉动可能是受到了供应管路声学频率的扰动。进一步分析表明:决定燃烧系统稳定性的关键参数是燃烧时滞与燃气停留时间的比值,当该比值大于临界值时系统趋于不稳定,相反系统趋于稳定。基于仿真数据拟合形成了系统固有频率计算的半经验公式,系统固有频率随着燃烧时滞与燃气停留时间之和增大而降低。获取了在不同压降占比下的稳定边界,随着喷注器压降占比的增大,系统由稳定转为不稳定的燃烧时滞与燃气停留时间的临界比值越大。

关键词：液体火箭发动机低频燃烧稳定性燃气发生器固有频率稳定边界

UDMH/NTO富氧燃气发生器预点火过程模型研究及应用

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推进技术 2024年第7期45卷 25-32页

作者：管杰刘上李斌王鹏武西安航天动力研究所陕西西安710100 航天推进技术研究院陕西西安710100

对富氧燃气发生器中偏二甲肼/四氧化二氮(UDMH/NTO)推进剂的自燃点火特性开展实验研究,结果表明,燃气发生器点火初期能量低,燃气温度缓慢爬升。基于实验结果和化学机理分析,构建了描述UDMH/NTO自燃推进剂在富氧环境下预点火过程的热力... 详细信息

对富氧燃气发生器中偏二甲肼/四氧化二氮(UDMH/NTO)推进剂的自燃点火特性开展实验研究,结果表明,燃气发生器点火初期能量低,燃气温度缓慢爬升。基于实验结果和化学机理分析,构建了描述UDMH/NTO自燃推进剂在富氧环境下预点火过程的热力学模型,并将其应用到实验系统的系统级仿真模型中。实验结果验证了仿真模型的合理性,动态相对误差小于15%,主要差异在于燃气发生器压力“平台段”的仿真值偏低。在此基础上开展仿真研究,结果表明:初始参数变化明显影响点火初期的性能参数爬升特性,其中延长点火时差至2倍、将入口压力降低0.05 MPa或者将推进剂温度降低15℃均会导致发动机起动加速性降低25~50 ms,而提高入口压力和缩短点火时差可以减轻推进剂温度变化对性能参数爬升特性的影响程度。

关键词：燃气发生器 UDMH/NTO 预点火点火实验热力学模型仿真分析

过滤结构对贮箱增压用燃气发生器输出性能的影响

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火工品 2024年第2期 26-29页

作者：陈静张博张明杨甲甲杨敏鹏陕西应用物理化学研究所瞬态化学效应与控制全国重点实验室陕西西安710061

针对某液体姿控发动机贮箱增压用低燃温燃气发生器,开展了内部过滤结构对其输出性能影响的试验研究。试验验证及结果分析表明:燃气发生器内部压强曲线的升高是由贮箱与过滤结构的共同影响造成的;即使贮箱反向压力不超过喷管临界压强,但... 详细信息

针对某液体姿控发动机贮箱增压用低燃温燃气发生器,开展了内部过滤结构对其输出性能影响的试验研究。试验验证及结果分析表明:燃气发生器内部压强曲线的升高是由贮箱与过滤结构的共同影响造成的;即使贮箱反向压力不超过喷管临界压强,但在反向压力作用下药剂燃烧产生的固体残渣更易堵塞过滤层成为二次喉道,使燃气发生器内部工作压强依然持续升高;在满足燃气洁净度及降温吸热的前提下,采用低燃温复合推进剂的贮箱增压用燃气发生器的过滤层相对密度不宜超过0.45。

关键词：燃气发生器贮箱增压复合推进剂过滤结构

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基于FLUENT的燃气发生器热流特性研究

火工品 2024年第1期 7-12页

作者：施伟王伟郭宇轩李思宇李晨铭张丽莎王端中北大学环境与安全工程学院山西太原030051 南京理工大学江苏南京210094 西北工业大学陕西西安710072

为研究燃气发生器作用过程内部温度分布及滤网降温作用原理,基于Ansys Fluent软件对4种不同结构燃气发生器内部气体温度分布情况进行仿真分析,选用Standard k-ε模型模拟气体流动,以多孔介质模型模拟滤网,得到4组仿真结果。结果表明:侧... 详细信息

为研究燃气发生器作用过程内部温度分布及滤网降温作用原理,基于Ansys Fluent软件对4种不同结构燃气发生器内部气体温度分布情况进行仿真分析,选用Standard k-ε模型模拟气体流动,以多孔介质模型模拟滤网,得到4组仿真结果。结果表明:侧排式结构能延长气体流动路径,增加气体与内壁热交换;滤网可通过热交换降低气体温度,同时阻碍传质、延长气体与内壁接触时间,从而实现在限定时间内延缓出口温度上升。本研究为进一步优化燃气发生器降温结构设计提供参考。

关键词：燃气发生器传热分析多孔介质模型湍流有限体积法

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燃气发生器弹射特性数值仿真与试验研究

计算机仿真 2024年第8期41卷 25-30,285页

作者：李宝星孟豪龙梅开王中西安近代化学研究所陕西西安710065

为了研究燃气发生器弹射特性,基于改性双基固体推进剂装药结构和燃气发生器参数,建立了燃气底推弹射形式的数学模型,利用四阶龙格库塔法对数学模型进行求解,获得了燃气发生器弹射参数变化特性,结果表明:在常温条件下,载荷出简时的行程为... 详细信息

为了研究燃气发生器弹射特性,基于改性双基固体推进剂装药结构和燃气发生器参数,建立了燃气底推弹射形式的数学模型,利用四阶龙格库塔法对数学模型进行求解,获得了燃气发生器弹射参数变化特性,结果表明:在常温条件下,载荷出简时的行程为7.7m,需要时间为0.53s,载荷出筒速度为31.1m/s,最大加速为81.7m/s^(2),满足弹射要求;同时,发现环境温度对燃气发生器弹射参数较大影响,随着环境温度增加,低压室压力峰值增加,载荷出筒时间缩短,出筒速度和最大过载增加;与常温弹射试验结果对比,低压力的压力峰值最大误差为5.2%,导弹载荷出筒速度最大误差为5.4%,表明所建立的燃气发生器弹射模型能够准确描述导弹载荷弹射参数特性。

关键词：燃气发生器弹射特性四阶龙格库塔法弹射参数环境温度

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燃气发生器内气体吹除过程压降特性实验研究

西安交通大学学报 2023年第3期57卷 79-85,96页

作者：孙靖阳马原张淼王飞厉彦忠西安交通大学制冷与低温工程系西安710049 西安航天动力研究所西安710100

为了提高运载火箭变推力调节过程中气体吹除乳化技术的成熟度,使液体燃料在低流量条件下流经喷注器时能够保持足够高的压降水平,并实现充分雾化,通过实验手段,以水和氮气为工质,针对某型号燃料头腔开展了单相液及气液两相对比实验,定量... 详细信息

为了提高运载火箭变推力调节过程中气体吹除乳化技术的成熟度,使液体燃料在低流量条件下流经喷注器时能够保持足够高的压降水平,并实现充分雾化,通过实验手段,以水和氮气为工质,针对某型号燃料头腔开展了单相液及气液两相对比实验,定量分析气体吹除乳化过程对压降水平的提升效果,基于泊金汉定理提出了一种可描述高速气液两相流混合乳化过程压降特性的数学模型。研究结果表明:气体吹入可显著提高燃料流经燃气发生器产生的压降;单相流动时,压降最高产生于阀芯处,且压降随液体流量的升高呈指数形式,而两相流动的最大压降产生于乳化混合段,且液体流量一定时,压降与气体流量呈现线性规律。通过定义无量纲参数乳化数E表征气体吹除乳化过程气液两相撞击时的动量交换强度,所建立的压降模型计算结果与实验数据的平均误差为4.38%,能够较为准确地预测气体吹除乳化过程的两相压降特性。

关键词：燃气发生器气体吹除乳化技术气液两相流压降模型

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多点喷射空气酒精燃气发生器试验验证

国防科技大学学报 2023年第3期45卷 45-52页

作者：赵芳任泽斌王飞史煜李先锋罗智锋中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000 中国航发四川燃气涡轮研究院四川绵阳621300

为有效解决现有燃气引射气源存在的诸多缺点,适应一种引射系统大流量、小型化的需要,在综合分析各燃气引射气源方案的基础上,研制了一种以空气、酒精作为推进剂的多点喷射结构的燃气发生器,并开展了多种工况下的试验研究。结果表明:采... 详细信息

为有效解决现有燃气引射气源存在的诸多缺点,适应一种引射系统大流量、小型化的需要,在综合分析各燃气引射气源方案的基础上,研制了一种以空气、酒精作为推进剂的多点喷射结构的燃气发生器,并开展了多种工况下的试验研究。结果表明:采用的多点喷射方案大大提高了空间利用率,有效满足了引射系统小型化的要求;喷雾性能好,喷雾锥角及粒径优于设计指标要求;点火可靠性高,解决了领域内现有燃气发生器点火可靠性低的缺点;点火迅速,燃烧平稳,可实现较为均匀的出口温度场;燃气发生器工作范围较宽,能在余气系数2.52~4.34范围内稳定燃烧;高效的火焰筒内壁空气冷却方式有效保证了燃气发生器长时间工作运行。

关键词：燃气引射推进剂多点喷射燃气发生器余气系数

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弹射动力系统燃气发生器流热固耦合数值研究

推进技术 2022年第6期43卷 203-212页

作者：陈奇飞陈树伟刘士杰梁国柱汪太琨北京航空航天大学宇航学院北京102206 中国船舶重工集团公司第七一三研究所河南郑州201108 北京航空航天大学数学与系统科学学院北京102206

为了判断弹射动力系统燃气发生器工作的安全性,需要预示工作过程中燃气发生器壳体的力学响应。基于软件CFX和ANSYS,建立了燃气发生器复合结构流热固耦合仿真模型。对燃气发生器内流场和结构温度场进行流热耦合计算,并将壳体温度场计算... 详细信息

为了判断弹射动力系统燃气发生器工作的安全性,需要预示工作过程中燃气发生器壳体的力学响应。基于软件CFX和ANSYS,建立了燃气发生器复合结构流热固耦合仿真模型。对燃气发生器内流场和结构温度场进行流热耦合计算,并将壳体温度场计算结果与试验数据进行对比,再将算得的燃气压强分布与结构温度场分布导入ANSYS以计算结构的力学响应。计算结果表明,燃气发生器工作过程中,直筒段最高温度点位于直筒段与后封头连接的绝热层缝隙处,后封头最高温度点位于后封头与喉衬配合部位的上游端。结构最高温度值仅354K,说明热防护良好;直筒段和后封头壳体主体区域应力安全系数>3,满足设计要求,而在法兰附近圆角过渡处外壁存在应力集中,最大应力处安全系数降为1.13,燃气发生器壳体仍处于安全状态,但存在安全裕度显著降低的风险。

关键词：弹射动力系统燃气发生器流热固耦合流场温度场应力场

燃气发生器条件下穿刺C/C复合材料喷管的烧蚀性能研究

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无机材料学报 2008年第6期23卷 1159-1164页

作者：陈博张立同成来飞栾新刚西北工业大学超高温结构复合材料国防科技重点实验室西安710072

研究了穿刺C/C复合材料喷管在酒精/氧气燃气发生器模拟的液体火箭发动机富氧燃气环境中的烧蚀性能,分析了穿刺C/C复合材料的烧蚀机理及燃气参数对烧蚀性能的影响.结果表明,喷管喉部线烧蚀率为(0.055±0.029)mm/s,质量烧蚀率为0.186kg/(... 详细信息

研究了穿刺C/C复合材料喷管在酒精/氧气燃气发生器模拟的液体火箭发动机富氧燃气环境中的烧蚀性能,分析了穿刺C/C复合材料的烧蚀机理及燃气参数对烧蚀性能的影响.结果表明,喷管喉部线烧蚀率为(0.055±0.029)mm/s,质量烧蚀率为0.186kg/(m^2·s).喷管收敛段下游到喉部区域烧蚀最严重,收敛段上游其次,扩散段烧蚀最弱.烧蚀过程是热化学烧蚀和气流冲刷综合作用的结果,燃气温度和氧化性组分H_2O和CO_2含量决定穿刺C/C复合材料热化学烧蚀率,压强和流速影响穿刺C/C复合材料的机械剥蚀.

关键词：烧蚀穿刺C/C复合材料燃气发生器烧蚀机理