三种胶黏剂与航天煤油相容性分析

为满足液氧/煤油火箭发动机所用材料相容性要求,采用浸泡法对由3种胶黏剂(DW-1低温胶、DW-3低温胶、J-249胶)组成的铝合金2219/聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)黏接件和PMI/PMI黏接件分别与石油基、煤基航天煤油的相容性展开研究。通过将所得胶接件置于-60~50℃温度下的两种航天煤油中进行浸泡,并对浸泡后的胶黏件进行拉伸性能测试,结果表明:3种胶在经-60~50℃温度范围内的两种航天煤油浸泡处理后,仍可对胶接件进行有效胶接,且DW-1和DW-3胶在低温环境下的表现更优,高温环境会导致DW-1胶与合金2219胶接界面有一定程度的弱化,而J-249胶与煤基航天煤油表现出较好的适应性。

高参数石油基和煤基火箭煤油射线法密度测量实验研究

基于Beer-Lambert定律,采用γ射线吸收法,研制了高参数火箭煤油密度测量装置,对液态及超临界压力下火箭煤油的密度进行测量方法研究。测量温度范围293~673 K,压力范围0.3~30 MPa,密度测量结果的扩展相对不确定度为2.2%~3.2%(置信因子k=2)。选取常压、温度293 K和压力5 MPa、温度673 K的环己烷分别作为高密度和低密度标准流体,抵消了温度变化对测量装置射线吸收率的影响。通过对环己烷和甲苯密度测量的校验,验证了测量方法的可靠性和准确性。在此基础上,完成了石油基和煤基火箭煤油的密度测量,并计算了石油基和煤基火箭煤油等压热膨胀系数。利用实验数据,拟合了宽广温度压力范围内两种火箭煤油密度的Tait函数关系式,密度实验数据与方程的平均绝对偏差为0.21%,最大绝对偏差为1.32%。测量结果表明:在所测量的温度和压力范围内,煤基煤油与石油基煤油的密度值基本一致。所得密度实验测量数据为高参数火箭煤油物性及传热等研究提供了基础数据。

煤油储罐泄漏风险分析

通过对煤油储罐泄漏风险进行分析,得到泄漏速度、扩散速度、蒸发量等数据。根据喷射火焰模型对泄漏火焰长度、目标接收到的热辐射能量、喷射火焰造成的死亡概率值,同时根据蒸气云爆炸模型对爆炸能量、热辐射值、冲击波大小及可能造成的人员伤亡半径等进行了计算,确定了安全边界,为确保试车台的试车安全提供技术支持,为制定事故应急救援预案提供科学参考数据。

高压煤油恒速液动机转子倾覆现象的理论研究

介绍了高压煤油恒速液动机(简称“液动机”)的转子倾覆现象,分析了机理,并按照发生的原因将倾覆现象分为主动倾覆和被动倾覆。重点研究了主动倾覆,基于对转子柱塞组件的受力分析,提出了倾覆条件的数学表达,引入了无量纲的倾覆安全系数,以定量表达倾覆风险。分析了被动倾覆的原因,并提出了解决被动倾覆的方法。在产品设计中应避免出现主动倾覆和被动倾覆。

火箭煤油传递特性分子动力学模拟研究

针对火箭煤油中添加减阻剂后导致对流换热系数减小、传热效果减弱问题,从微观尺度研究纳米颗粒的加入对火箭煤油黏度和导热系数的影响关系。通过分子动力学(MD)模拟方法,采用Green-Kubo方程的平衡分子动力学(EMD)模拟对火箭煤油传热规律进行系统研究。模拟常温下(T=303K)加入传热增强剂纳米颗粒后的火箭煤油黏度与传热特性。以纳米颗粒质量分数与纳米颗粒粒径为变量,对纳米流体的导热强化规律进行研究,在此基础上将导热油与碳氢燃料分别加入减阻火箭煤油中并与纳米流体的黏度与导热系数进行比较,模拟结果表明增加纳米颗粒质量分数可使粒子间距离减小,加强了粒子间的相互作用以及热传递过程,可有效增加流体黏度和导热系数。

超高参数火箭煤油在小通道圆管内的流动换热特性

火箭煤油再生冷却过程具有高压、高温、高热流密度和高质量流速等特点。在超高参数条件下,采用低电压大电流电加热方法模拟火箭发动机推力室壁面热环境,在高温合金钢∅2 mm×0.5 mm圆管内研究了火箭煤油的流动换热特性。参数范围为压力25~65 MPa,质量流速8500~51000 kg/(m^(2)·s),流体温度常温为~500℃,热流密度最高为35 MW/m^(2)。研究表明:在所测试条件下,火箭煤油在小通道圆管内处于单相液态强制对流换热机制;换热性能主要受到流体温度和质量流速的影响;流体温度增加,换热系数增加;质量流速增加,换热系数增加;压力在25~65 MPa范围内对换热性能无显著影响;热流密度增加,内壁温显著增加,但热流密度变化对换热系数无显著影响;受入口强化换热效应的影响,换热系数增加,热流密度越高,入口效应越明显。超高参数尤其是超高压力条件下的火箭煤油换热特性,为火箭煤油再生冷却技术应用提供参考。

低压环境下RP-3航空煤油自燃特性研究

开展了低压环境下RP-3航空煤油的自燃特性研究,测试了101 kPa、80 kPa、60 kPa、40 kPa、20 kPa五种压力环境下航空煤油自燃点及着火延迟时间数据。结果表明,随着环境压力降低,自燃点升高,并基于谢苗诺夫热自燃理论,建立了耦合压力参数的自燃点预测模型。分析了环境压力对着火延迟时间的影响机制,建立了不同环境压力下的着火延迟时间预测模型。分析了GB/T 5332—2007标准在低压环境下测试存在的问题,并提出了相关改进方法。

液氧煤油掺混及燃爆特性试验研究

为研究液氧煤油掺混及燃爆特性,建立部分受限空间试验系统以模拟发射场应用场景,开展液氧煤油掺混及燃爆特性试验。试验结果表明,液氧、煤油同时泄出并掺混时,煤油、氧气浓度均存在一个先上升后下降的过程;当煤油温度为65℃、点火激励为5.9J时,即使是发生液氧泄漏,液面上方布置的测点处仍未达到燃爆条件;煤油温度提升至80℃时,液氧持续泄出仅约20s时成功起爆,点火时刻煤油蒸气浓度1.31%,氧气浓度40.05%,氮气浓度58.64%,煤油/氧气浓度比值为0.033。

火箭煤油减阻剂的研究进展

在火箭煤油中加入减阻剂是提高其在管道中的流动能力和降低能耗的有效手段,具有成本低、工艺简单、效果显著和可靠性高等特点。综述了减阻剂的种类、添加量、相对分子量、管径、流体流速、雷诺数、流体温度和热流密度等工况参数对火箭煤油减阻和换热特性的影响,从分子动力学模拟和计算流体动力学模拟两个方面介绍了火箭煤油减阻剂对减阻和换热数值模拟的研究进展,实验研究和数值模拟结果都指出了减阻与传热恶化相矛盾的核心科学问题亟待解决,总结了黏弹性聚合物的减阻率提升机制、聚合物分子断裂和解聚的减阻率退化机制,进一步从实验研究、数值模拟和机理探究这3个角度指出减阻研究的发展方向,期望为新型高效减阻剂的开发和应用提供参考。

燃烧室结构对煤油预燃裂解气旋转爆轰特性的影响

在固定来流条件下,改变旋转爆轰燃烧室宽度和出口阻塞比,实验研究上述结构对煤油预燃裂解气与空气旋转爆轰传播特性的影响。实验结果表明:适宜的燃烧室宽度和出口宽度能够促进旋转爆轰波(Rotating Detonation Wave,RDW)的稳定自持传播,当燃烧室宽度为20 mm和26 mm,燃烧室出口宽度为4~8 mm时,煤油预燃裂解气和空气能够成功起爆并能稳定传播,增加燃烧室的宽度,RDW传播速度和稳定性均有提升;随着出口阻塞比增加,RDW传播模态经历了稳定单波模态、间断单波模态和双波同向模态,阻塞比的增加能提升燃烧室末端反射激波的强度,促进多波头的产生,RDW传播速度和压力随着阻塞比的增加,经历了升高后降低的变化。

液氧煤油火箭海上发射基本方案及关键技术分析

海上发射火箭在提升火箭运载能力、降低残骸坠落风险等方面具有极大优势。我国已成功实施多型固体火箭海上发射任务,相比固体火箭,液氧煤油火箭具有更高的比冲和环保性。根据液氧煤油火箭陆基发射的特点规律和固体火箭海上发射任务流程及实施方案,研究了海射系统港口基地、海上发射船、运载火箭、保障船等运行的基本方案,提出海上发射任务实施流程,分析了牵制释放、连接器零秒脱落和自动对接、无人值守推进剂加注技术在海上发射火箭中的重要意义,以及需要解决的关键技术难题。

基于空气辅助喷射不同温度航空煤油喷雾特性可视化研究

为了探明燃油温度和喷油脉宽对空气辅助航空煤油喷雾特性的影响,在定容燃烧弹上搭建空气辅助燃油喷射系统,利用高速阴影成像技术探究了不同燃油温度和不同喷油脉宽下航空煤油的喷雾特性。研究表明,当喷油脉宽为12 ms时,高温燃油液滴更倾向于沿着喷嘴径向运动,低温燃油液滴更倾向于沿着喷嘴轴向运动,燃油温度从40℃降低到-40℃时,平均索特平均直径增大了14.7%,小粒径的占比大幅度减少;燃油温度为-40℃时大喷油脉宽下出现的“两段喷雾”对喷雾前后期的贯穿距和面积有不同的影响,喷雾卷吸幅度和宽度增大,喷油脉宽从5 ms增加到14 ms时,平均索特平均直径增加了22.2%。因此低温冷起动大喷油脉宽时,适当提高燃油温度可有效促进发动机顺利起动。

RP-3航空煤油/O_(2)的简化反应机理优化与验证

采用RP-3航空煤油的简化反应机理对多工况条件下RP-3航空煤油/氧气混合物的氧化、着火延迟与层流燃烧特性进行了数值计算,并与相应试验数据进行了对比验证;同时,采用敏感性分析方法对该简化反应机理中燃料相关骨架反应机理中的基元反应进行了敏感性分析;采用遗传算法,对重要的基元反应速率常数进行优化,形成了优化后的RP-3航空煤油/氧气混合物的简化反应机理.结果表明,大部分工况条件下初始简化反应机理对RP-3航空煤油/氧气混合物氧化过程中主要组分浓度、着火延迟时间以及层流燃烧速度的预测值与相应试验值存在较大误差.同时,优化后的简化反应机理对多工况条件下RP-3航空煤油/氧气混合物氧化过程中的主要组分浓度、着火延迟时间及层流燃烧速度的预测值与相应试验值吻合较好.

煤直接液化航空煤油自着火特性实验及动力学研究

煤直接液化(DCL)航空煤油含有大量的环烷烃,与传统航空煤油成分差异较大,研究DCL煤油的着火特性及反应动力学对于深入认识其燃烧性能及其推广应用具有重要意义。因此,本文使用快速压缩机测量了DCL煤油,RP-3煤油及其混合物在不同当量比和压力下的着火延迟期,对比了DCL与RP-3煤油的燃烧放热及相对反应活性,分析了二者低温反应活性差异的动力学机制。使用实验数据验证了文献中DCL煤油的化学反应动力学模型,并通过构建替代物组分中正戊基环己烷的化学反应机理,提高了模型对DCL煤油着火延迟和高温裂解产物的预测性能。研究结果表明,DCL煤油的着火放热量更高,其着火延迟期在高温下(>1000 K)与RP-3接近,而在低温下(<750 K)则略高于RP-3。DCL煤油中大量的环烷烃成分阻碍了燃料分子低温链分支反应的进行,抑制了其低温反应活性,有利于降低燃料进入主燃区前发生自燃的倾向。

“双碳”背景下可持续航空煤油的研究现状与展望

全球航空业年均排放约10亿t CO_(2)当量,约占全球总排放的2.8%。在“双碳”背景下,构建航空业脱碳体系、大力发展可再生能源在民航业的应用,已成为全球航空业重要的战略方向。简要论述了民用航空业的脱碳政策、现状、关键技术、存在问题及发展策略,发现航空业的可持续发展受制于其能源结构,面临严峻挑战,而可持续航空煤油是其中最有效、最可普及、最符合发展需求的减排方式。对可持续航空煤油的技术路径及其关键工艺进行详细论述,为民航业通过可持续航空煤油实现脱碳发展提供方向引导。

基于机器学习的CO_(2)催化加氢制航空煤油筒式反应器数学模拟分析与优化

借助Fe基催化剂,CO_(2)通过加氢反应可成功转化为高附加值的航空煤油,具有很好的工业应用潜力。目前缺少准确适宜的CO_(2)加氢合成航空煤油的反应器模型,因此亟需对其反应模型进行构建,为相关工艺的工业化提供参考。通过机器学习探究实验条件和关键组分CO和CO_(2)物质的量分数关系,构建了关键组分CO和CO_(2)预测模型;基于Anderson-Schulz-Flory分布规律,构建了碳链增长模型,进一步构建了产物分布模型;基于催化床层物料衡算、热量衡算和压降计算,建立了筒式固定床反应器的一维拟均相模型;通过模拟一定工艺条件得到了CO_(2)加氢合成航空煤油的反应结果,并对工艺条件进行了模拟优化。模拟结果表明,反应器进口温度升高、空速增大,CO_(2)转化率降低,航空煤油集总组分C_(11)H_(24)时空产率增加;操作压力增大,CO_(2)转化率增加,C_(11)H_(24)时空产率在反应压力为2.0 MPa时最高;饱和沸腾水温度升高,CO_(2)转化率和C_(11)H_(24)时空产率增加。最佳CO_(2)加氢制航空煤油反应条件:反应器进口温度为275℃、进口压力为2.0 MPa、空速为4000 h-1和饱和沸腾水温度为294℃。此时CO_(2)转化率为21.95%,C_(11)H_(24)时空产率为12.14g/(L·h),床层压降为0.20MPa。

并联通道中超临界RP-3航空煤油流量分配特性数值研究

针对热流偏差下空-油换热器的应用,进行了三种类型并联通道中超临界压力RP-3航空煤油流量分配数值研究,探究了进口压力、进口温度、进口总流量、进出口布置对双通道流量分配的影响机制。通过摩擦压降和加速压降的演变机制揭示了流量非对称分配的原因,讨论了通道质量流速和温度的分布特征及其对换热的影响,进行了(火积)耗散效应分析。根据热流密度比值和运行参数提出了流量偏差的预测准则,预测偏差处于±15%范围内。结果表明:随着双通道热流差别增大,两者流量偏差增大,源于加速压降和摩擦压降的平衡机制。热流比值小于1时,摩擦压降主导流量分配;热流比值大于1时,加速压降主导流量分配。热流比值等于1时,双通道流量等量分配。提高进口压力、进口温度、进口总流量双通道流量偏差均受到抑制。高热流偏差下通道出现流量不连续和偏差管温度反向分层问题。相对流量偏差和(火积)耗散偏差的变化规律一致,I型布置相比U型和Z型布置更好。

航空煤油/乙醇混合燃料荷电喷雾特性研究

研究了航空煤油/乙醇混合燃料E0、E10、E30、E50的荷电雾化模式及特性,考察乙醇掺混比例、燃料流量、喷嘴孔径对荷电雾化特性的影响。结果表明,在0~10 kV荷电电压范围,E0燃料主要呈单一模式——液滴模式。随着荷电电压的增加,E0燃料由液滴形状转变为纺锤形状;E10、E30、E50燃料均先后出现液滴、脉冲射流、锥射流、偏射流、多股锥射流模式,其中液滴模式由液滴形状变为微液滴形状。随着乙醇掺混比例的增加,E10、E30、E50的雾化模式转变所需的临界电压逐渐减小,雾化锥角逐渐增大。随着燃料流量的增加,荷电雾化锥角逐渐增大,雾化模式转变的临界电压逐渐增加。喷嘴直径从1.05 mm减小为0.30 mm,荷电雾化锥角变化不明显。

航空煤油热物理特性实验研究

针对广泛应用于飞机发动机的碳氢燃料,开展了-10℃~40℃温度区间内的热物理特性参数实验研究。以某检定中心提供的航空煤油作为样品,测试了其在不同温度下的密度、黏度、压缩系数和膨胀系数。研究结果显示,航空煤油黏度和压缩系数与温度呈正相关,而密度与温度呈负相关,并且随着温度的增大,航空煤油膨胀系数表现为先减小后增大的趋势。在此基础上,结合标准温度下各参数的测量结果提出了密度、黏度、压缩系数和膨胀系数随温度变化的数学预测模型。研究对于航空煤油密度、黏温关系的预测误差在10%以内,而膨胀系数预测模型有待进一步完善。

液态煤油旋转爆震燃烧室雾化掺混特性

本文针对一款气态煤油预混工况下可成功起爆的爆震燃烧室,设计了一种新型的燃油喷注雾化掺混结构,包括双侧喷孔喷注及内侧溅油环喷注模式.对气态预混的热态爆震特性及燃油掺混雾化特性开展了数值模拟.结果表明,内侧溅油环喷注模式有着较好的雾化效果,而双侧喷注模式则具有较好的穿透掺混效果.确定了组合喷注方式作为燃油的喷注方式,此方案下燃油蒸发率为65%左右,燃油掺混均匀度为0.77左右.随后进行了热态验证,此喷注方案下可以实现旋转爆震波的稳定传播.