液体火箭发动机气动谐振点火技术的研究

基于对液体火箭发动机重复多次可靠起动的要求 ,气动谐振管的热效应可用来形成高温高能的点火源 ,对氢氧液体火箭发动机 ,研制了同轴氢氧谐振点火器 ,对包括氢氧推进剂的所有非自燃液体火箭发动机研究了氦气谐振热表面点火器。研究结果表明这种新型的气动谐振点火技术是结构简单、高可靠性、无毒、无污染的非电钝感点火技术 。

液体火箭发动机反力式涡轮动叶进口攻角的研究

针对高性能分级燃烧(闭式)循环液体火箭发动机用反力式涡轮的特点,对所设计的动叶叶栅S1流面的准三元流气动分析和已有动叶平面叶栅的亚声速风洞试验,研究了反力式涡轮动叶正负攻角对叶栅内的绕流和能量损失的影响。结果表明:对于给定的来流方向,为得到连续收敛的叶栅几何通道和小的能量损失,动叶应采用正攻角设计。对已有的连续收敛的动叶叶栅,应采用负攻角流入工况,能量损失小。

微推进系统的轨控发动机动态分析

近年来液体火箭推进系统的小型化有了极大的进展，这些先进的微推进系统是以尺寸小微型化、高压和响应快为特征的，对于这种微推进系统，推导、编制了系统各部件的数学模型，分析研究了轨控发动机在单脉冲工作进程中燃烧室压力和关机过程中推进剂阀门前压力的变化规律．为研究整个微推进系统的动态响应打下基础．

气动谐振管点火技术研究

为了发展液体火箭发动机的气动谐振管非电点火新技术 ,提出了一种新颖的组合喷嘴混气谐振加热方案 ,并介绍了所研制的氦气谐振热表面点火器和同轴氢氧谐振火炬点火器 。

全流量补燃循环试验发动机启动过程

分析了全流量补燃循环发动机系统启动过程难点,针对全流量补燃循环缩尺发动机热试车启动过程,分别就发动机中富燃/富氧预燃室的自身启动和相对启动过程进行了设计;采用管路-体积组合模块化方法,建立了发动机启动过程仿真模型,进行了仿真计算。按设计启动方案进行了多次热试车,试车结果表明发动机点火可靠,启动过程平稳,无烧蚀现象,且仿真结果很好地预示了热试车情况。

多推力室的气动谐振点火器研究

为了满足多推力室多次同步点火的需要,通过大量的空气气动谐振加热实验和理论分析,研制了两种利用气动谐振点火技术的多推力室点火器,即多管点火器和小点火器,给出了这两种点火器的系统结构、试验参数以及部分试验结果。这两种点火器都能在1秒内提供不同流量的火焰燃气,分别适用于较小推力室和较大推力室的点火。在实验室中进行的多次点火试验结果表明,这两种点火器都可以可靠地进行海平面上多推力室的多次同步点火。

液体火箭发动机气动谐振点火初步研究

气动谐振点火是基于气动谐振加热现象的一种新型的点火方式。在特定的气动谐振条件下，高速喷流与谐振管内流相互作用形成周期性运动的激波和膨胀波，将压缩气体的能量不可逆地转化为热能，形成高温高能的点火源，从而点燃推进剂组元。建立了简化的理论分析模型，对可能获得的最高温度进行了预测，探讨了在液体火箭发动机上实现气动谐振点火的方案。

减压器特性实验研究

介绍了研究减压器特性的实验系统．详细地描述了实验系统的结构组成和各个部件的功能与性能，并对静态特性实验与动态特性实验的工作过程进行了说明．简单地介绍了数据采集系统．阐述了理论计算减压器静态特性的基本方法，并介绍了一个计算减压器静态特性的软件，最后给出了一种典型的实验和计算结果．

同轴氢氧谐振点火器试验研究

在环形喷嘴气动谐振加热的试验研究基础上,对同轴氢氧谐振点火器进行了点火性能试验和反压试验研究,结果表明:点火器能为液体火箭发动机可靠点火提供强大热流;能重复多次点火,寿命长;点火器抗系统干扰能力强,点火器出口反压快速增长时,点火器不会熄火,仍能持续提供稳定的氢氧火炬。非电钝感的同轴氢氧谐振点火器可作为正在研究发展中的可重复使用液体火箭发动机多次点火的优选方案之一。

氦气谐振点火器和气氧/煤油火炬点火器研究

为了实现液体推进剂火箭发动机重复多次可靠启动,研究了利用气动谐振热效应形成的高温高能点火源进行气氧/煤油等可贮存推进剂多次点火的方案。为此研制了氦气谐振点火器和气氧/煤油火炬点火器。氦气点火器在较宽的气源温度(-2℃～33℃)变化范围、较大喷嘴入口压力(1 5MPa～3 0MPa)变化范围内均具有好的谐振加热性能。气氧/煤油火炬点火器能够多次可靠地点火并生成稳定的点火火炬。由于不受谐振产生条件的限制,气氧和煤油的流量可以在较大的范围内选择,生成点火火炬的温度范围也很宽,富燃点火炬更具工程应用价值。研究结果表明氦气谐振点火器及其气氧/煤油火炬点火器具有结构简单,可靠性高,无毒无污染等优点,对于重复多次启动的液体火箭发动机有着诱人的应用前景。

气动谐振管加热机理数值研究

放置在高速喷流中的半开口气动谐振管在一定的条件下会出现加热现象．针对这一现象，利用数值计算方法计算了一维非定常非线性Ｅｕｌｅｒ 方程组，采用ＭａｃＣｏｒｍａｒｋ 格式，对不同管口条件下谐振管内的振荡过程进行了数值研究．研究发现，当管口压力变化频率处在谐振管的线性谐振频率附近时，管内形成的激波以及激波的反射增强导致了谐振管端壁区域明显的加热效果．对不同的驱动气体和不同的谐振管型式（ 圆柱形和圆锥形） 的数值研究也给出了有价值的结论．研究结果与实验事实或现象是相吻合的．

富氧预燃室初步试验研究

为了研究全流量补燃循环发动机中富氧预燃室的点火以及燃烧特性,对点火方案和预燃室方案进行了分析。通过对多种预燃室结构形式和点火方式的比较,提出了适合于富氧预燃室初步试验要求的点火方案,研制了热表面谐振点火器并采用间接点火方式研制了氢氧火炬点火器。点火器的试验结果表明氢氧火炬点火器能够多次可靠地点火并生成稳定的点火火炬。由于不受谐振产生条件的限制,氢气和氧气的流量和混合比可以在较大的范围内选择,生成点火火炬的温度范围也很宽。对确定的富氧预燃室方案进行了设计加工,经过三个阶段的热试车,富氧预燃室的关键参数均达到了设计要求,结构无烧蚀,工作可靠,完全可以满足全流量补燃循环发动机系统对富氧预燃室的要求。

氢氧全流量补燃循环发动机富燃预燃室试验

为了获得全流量补燃循环发动机的富燃预燃室可靠点火、稳定燃烧和均匀的出口燃气,对富燃预燃室头部喷注器排布方案展开了研究。对设计的中心燃烧区和环形燃烧区两种不同头部方案进行了试验,得到了富燃预燃室的压力曲线和预燃室出口的温度分布。试验结果表明:相比中心燃烧区结构方案,环形燃烧区结构方案更容易获得可靠的点火和稳定的燃烧,有更好的燃气均匀度。相比常规的富燃预燃室,全流量补燃循环发动机的富燃预燃室工作温度更低、混合比更小。相比使用液氧的方案,使用气氧的富燃预燃室在启动、关机过程更迅速、平稳。

气动谐振管加热效应初步实验

为了有效地应用气动谐振管加热现象的热效应 ,以发展液体火箭发动机的气动谐振管点火新技术 ,需要获得谐振管热效应的变化规律。实验测量了三种谐振管 ,即圆柱型、阶梯型和锥柱型谐振管间的表面加热温度。实验中主要考虑喷嘴与谐振管间的分离距离以及供气压力的变化。所获得的谐振加热特性可用于实际谐振加热装置的设计。

单喷嘴燃烧室传热特性的测量方法

为开展燃烧室的传热特性等研究,采用了以紫铜作为材料的容热式推力室身部,通过测量热试车过程中身部壁温,来获得推力室内壁温度、热流沿轴向的分布。为测量数据设计了数据处理方法,以利用测得的温度值获得内壁温和热流值,且进行了主要误差估计。将该方法在气气喷注器推力室上进行了应用,研究了其传热特性。

塞式喷管发动机多管点火方案的研究

塞式喷管发动机点火系统应能同时为十个以上独立的小燃烧室提供充足的点火源 ,在主推进剂进入后能继续维持燃烧。文中给出了三种点火方案。利用爆震波只需较小的电能输入即可同时点燃塞式喷管发动机的多个燃烧室 ;用气动谐振点火器无需外部能量输入即可实现多管点火 ;小燃烧室的电火花塞点火能将小燃烧室喷出的火炬用于塞式喷管发动机的多管点火。

应用气动谐振点火的氢氧小发动机试验

将气动谐振点火技术应用于小推力氢氧火箭发动机的设计,通过分析不同混合比下的比冲和燃气温度,确定了氢氧小发动机的总体参数,开展了在不同工况下点火器的单独试验,氢氧小发动机的全系统试验以及小发动机脉冲起动试验。研究结果表明,氢氧小发动机可以实现多次重复起动,结构完好,性能稳定,验证了应用气动谐振点火技术氢氧小发动机的可靠性及方案的可行性。

低功率氩电弧喷射推力器中的辐射

为了研究低功率氩电弧喷射推力器中的辐射损失,采用辐射模型和非辐射模型对其工作过程进行了对比数值模拟分析。采用二阶精度无波动、无自由参数的耗散差分格式(NND格式)数值求解耦合电磁源项和辐射源项的N-S方程组,并采用隐式残差光滑法加速收敛;采用有限控制容积积分方法离散求解椭圆型偏微分电磁场方程,并采用逐点超松弛迭代方法加快收敛速度。数值模拟结果对比给出了辐射模型和非辐射模型流动分布情况,并比较了两种模型推力器推力、比冲和推进效率。研究结果表明,与非辐射模型相比,辐射模型比冲低0.137%,推进效率低1.03%,辐射对低功率电弧喷射推力器性能影响比较小。

气动谐振加热基础试验

为了进一步掌握气动谐振加热的规律,为气动谐振点火器的研制提供试验基础,在原有气动谐振加热初步试验研究的基础上对谐振气体流量变化,不同的排气孔形式以及不同内径的谐振腔对谐振加热性能的影响进行了研究。通过大量的气动谐振加热基础试验,得到了谐振加热性能随不同参数变化的规律,为气动谐振点火器结构参数的选择提供了试验基础。

圆锥形谐振管的谐振性能研究

在液体火箭发动机气动谐振点火技术中,圆锥形谐振管因气体谐振加热温度高、加热速度快而受到重视。文中利用Whitham规则,从理论上分析了在圆锥形管中振荡气体的压强和温度特性。因为圆锥形谐振管对激波有增强作用,所以在相同条件下,圆锥形谐振管中气体压强的振荡幅度和加热温度、速度都要高于圆柱形谐振管,因而圆锥形谐振管加热性能比圆柱形谐振管好。