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空间液氪气液分离装置流阻特性及数值模拟

真空与低温 2024年第2期30卷 221-227页

作者：原宇琦朱建炳于斌顾森东兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室兰州730000

为满足低温推进剂在空间微重力环境中的气液分离要求,针对液氪低温推进剂在轨管理与传输问题,建立筛网式气液分离装置单通道流动压力损失的理论预测模型,获取120 K饱和状态液氪在325×2300荷兰斜纹编织网中流动的泡破点压力。对比分析... 详细信息

为满足低温推进剂在空间微重力环境中的气液分离要求,针对液氪低温推进剂在轨管理与传输问题,建立筛网式气液分离装置单通道流动压力损失的理论预测模型,获取120 K饱和状态液氪在325×2300荷兰斜纹编织网中流动的泡破点压力。对比分析了不同低温流体、通道宽度、质量流量对过网压降的影响规律,获得了液氪在通道中流动的压降分布,并通过国外液氢过网压降实验数据对模型进行了验证。通过建立液氪单通道流动数值仿真模型,较好地预测了过网压力损失。

关键词：气液分离技术贮箱推进剂管理装置液氪

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空间站膜盒贮箱抽气和加注过程特性

航空动力学报 2023年第9期38卷 2299-2304页

作者：孙威左岁寒中国空间技术研究院北京空间飞行器总体设计部北京100094

针对增压气体复用式推进剂在轨补加方式的两大关键过程—贮箱抽气过程和推进剂加注过程的物理特性开展了研究,建立了膜盒贮箱抽气过程及补液过程的数学模型。仿真计算与地面试验的对比分析结果表明:抽气过程中贮箱气腔压力变化近似等温... 详细信息

针对增压气体复用式推进剂在轨补加方式的两大关键过程—贮箱抽气过程和推进剂加注过程的物理特性开展了研究,建立了膜盒贮箱抽气过程及补液过程的数学模型。仿真计算与地面试验的对比分析结果表明:抽气过程中贮箱气腔压力变化近似等温过程,气瓶压力变化近似指数为1.1的多变过程;加注过程中贮箱气腔压力变化近似等温过程。进一步对“和平号”空间站补加过程实例的仿真研究结果表明,膜盒贮箱抽气过程中高压气瓶中气体散热效果的强弱显著影响气瓶压力变化过程;膜盒贮箱加注过程中,随着气腔容积减小,贮箱压力上升速率将逐渐增大,由此导致加注速率在后期逐渐下降。

关键词：空间站推进剂补加贮箱气瓶多变模型

运载火箭圆柱形贮箱中推进剂大幅晃动的数值模拟

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推进技术 2022年第5期43卷 353-359页

作者：周倩倩谭永华徐自力王珺王振西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室陕西西安710049 航天推进技术研究院陕西西安710100 西安航天动力研究所陕西西安710100

运载火箭飞行过程中,贮箱内推进剂晃动及波面破碎现象会对燃料贮箱产生较大的干扰力,控制不当会影响飞行稳定性。为了研究推进剂大幅晃动对贮箱结构的影响,建立了圆柱形贮箱内液体晃动非线性动力学模型,利用流体体积函数与水平集法解决... 详细信息

运载火箭飞行过程中,贮箱内推进剂晃动及波面破碎现象会对燃料贮箱产生较大的干扰力,控制不当会影响飞行稳定性。为了研究推进剂大幅晃动对贮箱结构的影响,建立了圆柱形贮箱内液体晃动非线性动力学模型,利用流体体积函数与水平集法解决了大幅晃动过程中产生的破碎波的描述及自由液面的追踪问题,并对三维圆柱形贮箱在多种含液状态下,由俯仰运动产生的大幅晃动进行了数值计算,得到了晃动过程中自由液面的变化、液体对壁面的作用力、液体的晃动速度以及液体质心变化情况。通过对含液率为30%,50%,70%三种含液状态下计算结果的对比,发现飞行中运载火箭贮箱中液体会经历由线性晃动到非线性晃动的变化历程。含液率直接影响晃动的剧烈程度、对壁面的作用力,以及液面破碎等非线性现象的产生,其中含液率为50%的状态是一种相对危险的工作状态。

关键词：液体火箭发动机贮箱晃动波面破碎非线性含液率

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贮箱多余物微激振清理机理与仿真分析

载人航天 2022年第1期28卷 103-112页

作者：郭永博王洪涛尹玉环吴增辉刘志川杜云龙高晗哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001 上海航天设备制造总厂有限公司上海200245 首都航天机械有限公司北京100076

贮箱内壁多余物的控制与清理一直是运载火箭制造过程中的技术难点、风险点和薄弱环节。通过对贮箱内壁复杂结构多余物清理的难题进行梳理,结合多余物的种类、尺寸、吸附脱附机理,提出了一种基于贮箱翻转台的新型超声微激振多余物清理方... 详细信息

贮箱内壁多余物的控制与清理一直是运载火箭制造过程中的技术难点、风险点和薄弱环节。通过对贮箱内壁复杂结构多余物清理的难题进行梳理,结合多余物的种类、尺寸、吸附脱附机理,提出了一种基于贮箱翻转台的新型超声微激振多余物清理方案,从仿真分析的角度揭示其清理机理,并结合微激振器结构参数对清理效果的影响进行分析,获得最佳设计参数,并完成微激振器阵列的布置方案。

关键词：贮箱运载火箭多余物微激振清理

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深度过冷循环低温推进剂贮箱温场特性分析

航空动力学报 2022年

作者：张亮汪彬李杨李超沙赵明罗云王文上海航天技术研究院上海宇航系统工程研究所上海交通大学制冷与低温工程研究所

以某型号火箭液氧贮箱为例，对液氧在深度过冷循环过程中贮箱的降温特性进行仿真计算。以液氮为模拟工质，搭建低温推进剂过冷循环原理性缩比试验系统，通过实验数据验证数值模型的准确性。仿真分析了过冷循环流量及回流形式对贮箱降温... 详细信息

以某型号火箭液氧贮箱为例，对液氧在深度过冷循环过程中贮箱的降温特性进行仿真计算。以液氮为模拟工质，搭建低温推进剂过冷循环原理性缩比试验系统，通过实验数据验证数值模型的准确性。仿真分析了过冷循环流量及回流形式对贮箱降温速率及热分层特性的影响。研究表明，由于一级液氧贮箱筒段较长，贮箱内流体混合更加充分，液体温度均匀性良好；对于二级贮箱，由于其轴向长度较短，从输送管回流的部分深度过冷液氧直接通过贮箱上部抽液口被吸出，发生循环短路，导致贮箱温度始终无法降至70K，贮箱内温度分层明显，温度均匀性较差，在对贮箱结构进行优化后，贮箱降温速率和温度均匀性提升明显。

关键词：低温推进剂贮箱深度过冷外部循环降温特性

框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形仿真研究

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宇航材料工艺 2023年第6期53卷 69-74页

作者：赵艳秋占小红顾远之王春林南京航空航天大学材料加工工程系南京211106 上海宇航系统工程研究所上海200000

针对框桁式火箭贮箱壁板结构双激光束双侧同步焊接(DLBSW)变形开展仿真研究。首先,建立了框桁式火箭贮箱壁板结构DLBSW有限元模型,并通过试验验证了该模型的可靠性;其次,重点考察了焊接顺序与方向对框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形... 详细信息

针对框桁式火箭贮箱壁板结构双激光束双侧同步焊接(DLBSW)变形开展仿真研究。首先,建立了框桁式火箭贮箱壁板结构DLBSW有限元模型,并通过试验验证了该模型的可靠性;其次,重点考察了焊接顺序与方向对框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形的影响,获得了变形控制策略;最后,采用该优化方案,成功完成了框桁式火箭贮箱DLBSW壁板的研制。结果表明,采用“交叉中心焊”的焊接顺序,可极大程度地降低焊接变形;在焊接顺序优化的基础上,改变中间三条焊缝的焊接方向,可进一步降低焊接变形。

关键词：框桁式贮箱双激光束双侧同步焊接有限元分析

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TC4钛合金贮箱低压爆破的失效分析

热加工工艺 2023年

作者：李思贝郑彰显宋凡黄立钠朱铭德上海空间发动机工程技术研究中心上海空间推进研究所

通过宏观检验、断口分析、金相检验对某TC4钛合金贮箱赤道焊缝低压爆破进行了综合失效分析。结果表明：在焊接过程中焊缝中心逐渐偏离焊接对接面，使得焊缝上部的熔池边界与焊缝对接面重合，产生半熔化区和大量小气孔。半熔化区强度和... 详细信息

通过宏观检验、断口分析、金相检验对某TC4钛合金贮箱赤道焊缝低压爆破进行了综合失效分析。结果表明：在焊接过程中焊缝中心逐渐偏离焊接对接面，使得焊缝上部的熔池边界与焊缝对接面重合，产生半熔化区和大量小气孔。半熔化区强度和韧性低，加上密集分布着大量的小气孔形成了面缺陷，减少了焊缝的有效截面，加剧了应力集中程度。最终在打压过程中以焊缝上部的半熔化区和小气孔为裂纹源，形成脆性断口，造成了贮箱的低压爆破。最后根据分析结果提出了相应改进建议。

关键词：钛合金贮箱低压爆破气孔

基于LabVIEW的贮箱多余物检测系统研究及应用

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基于LabVIEW的贮箱多余物检测系统研究及应用

作者：刘慧内蒙古科技大学

学位级别：硕士

贮箱主要用于存储油液,是大型机械设备中必不可少的部分。初始加工的贮箱中如有多余物存在,未及时发现与处理,多余物会通过供油系统进入发动机内,加剧发动机部件磨损,甚至引发事故。声发射检测技术可以“透视”贮箱,是贮箱多余物检测的... 详细信息

贮箱主要用于存储油液,是大型机械设备中必不可少的部分。初始加工的贮箱中如有多余物存在,未及时发现与处理,多余物会通过供油系统进入发动机内,加剧发动机部件磨损,甚至引发事故。声发射检测技术可以“透视”贮箱,是贮箱多余物检测的重要手段,近几年得到了快速发展。贮箱焊接虽然是在干净卫生的环境下进行的,但是刚焊接完的贮箱中仍不可避免会存在焊渣、铁屑等多余物。本文以生产线刚焊接完的贮箱为研究对象,通过声发射检测技术与Lab VIEW软件结合,对多余物有无及位置信息进行了研究,论文的主要研究内容包括:(1)分析了贮箱多余物检测原理,探讨了贮箱声发射信号的模态与频域分量,确定了贮箱实际波速。以提高检测精度为目的,基于时间反转原理,在板状声发射源定位的基础上,构建了贮箱异物定位扫查模型,提出了贮箱异物定位成像算法,实现了贮箱声发射源定位的成像。该方法在保证检测过程可靠的前提下,实现了贮箱较高的定位精度。(2)为有效获取声发射信号,使用COMSOL软件模拟声发射信号,通过仿真结果选取了合理的传感器类型,形成了集R15α声发射传感器、2/4/6-AST前置放大器、Micro-ⅡExpress声发射采集箱于一体的适用于贮箱多余物检测的仪器硬件系统,将声发射技术应用到箱体类构件的监测,为实现贮箱多余物的精准检测提供了硬件支撑。(3)设计并开发了基于Lab VIEW的贮箱多余物在线检测软件,通过模块化的设计方法,进行了采集、保存、分析与定位于一体的四通道贮箱多余物检测系统软件开发。系统通过动态链接库与PC端进行连接,各模块在Lab VIEW软件界面中显示,同时通过贮箱异物定位成像算法处理将声发射源的位置在定位模块以强度图的形式表示。实现了软件系统运行效率及其稳定性的综合最优方案。研究表明,本文设计的基于Lab VIEW的贮箱多余物检测系统,在5052铝合金折板上进行了实验验证,可以有效的检测多余物的有无,同时很好的显示声发射源位置,且将定位误差控制在5%以内,满足工程需要,为后续箱体类零件多余物的研究提供了依据。

关键词： LabVIEW 声发射定位贮箱

贮箱Y形环焊接残余应力及其对承载行为的影响

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中国有色金属学报 2017年第4期27卷 701-707页

作者：李艳军吴爱萍刘德博赵海燕赵玥王国庆清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室先进成形制造教育部重点实验室北京100084 北京宇航系统工程研究所北京100076 中国运载火箭技术研究院北京100076

为了阐明贮箱Y形环环缝焊接残余应力对其承载行为的影响,以大型运载火箭贮箱Y形环为研究对象,采用数值模拟计算得到Y形环与箱筒段环缝焊后残余应力;然后分别在考虑和不考虑残余应力情况下,进一步计算Y形环承受内压载荷时的应力分布。结... 详细信息

为了阐明贮箱Y形环环缝焊接残余应力对其承载行为的影响,以大型运载火箭贮箱Y形环为研究对象,采用数值模拟计算得到Y形环与箱筒段环缝焊后残余应力;然后分别在考虑和不考虑残余应力情况下,进一步计算Y形环承受内压载荷时的应力分布。结果表明:环缝焊接在接头区域产生很大的残余应力,最大等效应力位于部分熔化区,最大值达到358 MPa;焊接残余应力对远离接头的部位承载时的应力基本没有影响,主要导致接头区域的应力提高,且使Y形环承载时的等效应力最大值也略有增大;焊接残余轴向应力和内压产生的轴向应力在接头内表面都是拉应力,两者叠加导致轴向拉应力明显增大。

关键词：贮箱 Y形环残余应力数值模拟焊接