非均匀装药的复杂燃面退移与内弹道性能预示

非均匀装药的复杂燃面退移与内弹道性能预示是固体火箭发动机设计的核心问题。建立非均匀装药燃烧的燃面退移数学模型,提出一种采用有限元法通过求解泊松方程逼近程函方程黏滞解的新方法(PEF)。所提方法可将燃面退移问题转化为特殊的稳态热传导问题,实现对几何形状不规则且燃速分布复杂的三维装药燃面退移的计算。考虑燃烧室压力变化等实际因素,在平衡压力假设下,形成了内弹道性能预示的4种计算模型。完成了二维星型装药、三维翼柱型装药和含金属丝的双推进剂装药的计算。计算结果表明:所提方法不仅可以高精度地适应多种推进剂构成的复杂交界面,而且可以直接在商业有限元软件的稳态热传导模块上应用和求解,充分利用商业有限元软件成熟的计算机辅助设计(CAD)建模、前处理、后处理及二次开发能力,实现了复杂燃面退移与内弹道性能预示方法的通用化和实用化。

液体火箭发动机地面试验控制电路的设计与分析

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。

基于流场仿真的某型涡轮叶片的表面微结构分析

利用流场仿真和扫描电子显微镜观测的方法,对某型涡轮叶片工作前后的表面微形貌进行了分析,研究了高温高压环境对叶片表面形貌变化的影响。首先为了提高计算效率,根据叶片形式,建立了涡轮叶片流场的周期性对称CFD模型,并利用有限体积法对流场的温度和压力进行计算分析;然后利用扫描电镜对工作叶片的表面形貌进行观测,分析叶片表面微缺陷形式;最后根据仿真与试验观测结果,分析了叶片缺陷产生的原因和影响叶片表面微结构变化的因素。结果表明:叶片前缘温度达到最高的860K,在几何结构和波系的共同作用下,叶片前后缘、叶尖、叶根附近流场流动特性复杂,流道内温度和压力分布不均匀;叶片后缘根部出现长约180μm的穿晶/沿晶混合模式的微裂纹,后缘叶尖处有长约30μm的夹杂物裂纹出现,这是叶片热应力、叶片表面金相转变、氧化、氢脆等共同作用的结果;应根据涡轮泵的实际任务情况对涡轮泵地面热试车程序进行合理的安排,尤其在关机阶段要考虑是否对涡轮叶片的冷却采取大气环境隔离措施。研究可为液体火箭发动机涡轮叶片寿命评估提供参考。

微重力下火箭推进系统液氧贮箱内气泡脱离半径研究

研究微重力下液氧贮箱内气泡脱离半径是运载火箭推进系统推进剂在轨沸腾与换热计算的基础.与常重力和低重力环境不同,微重力下Marangoni效应变得突出.为了求解气泡脱离半径,构建包含浮力、惯性力、压差力、表面张力、黏性阻力和Marangoni力的气泡动力学模型.针对现有Marangoni力计算公式适用范围狭窄的问题,依托数值仿真方法,拟合得到了更精确的修正因子计算公式,进而扩充了Marangoni力计算模型的适用范围.使用运载火箭液氧贮箱常规工作压力0.3 MPa下的饱和液氧物性参数,计算得到气泡所受合力随半径的变化关系以及气泡脱离半径随重力的变化关系.结果表明,气泡的脱离行为可以由微重力区、过渡区和低重力区三个区域来划分.微重力区内可以形成厘米级甚至米级的大气泡,而低重力区内只能形成0.1 mm级的小气泡.相比之前的模型,本文模型可以同时适用于三个区,更全面地揭示了微重力下液氧贮箱内的气泡脱离特性,可以为液氧贮箱换热特性分析提供理论支撑.

短时大流量蒸汽引射用供汽系统方案设计与验证

针对短时间大流量蒸汽引射系统的用汽需求,采用锅炉-蓄热器式供汽系统方案并进行该系统的方案设计和验证试验。从供汽系统组成和工作原理出发,结合引射用汽要求,进行系统性能、结构与测控方案设计。系统性能与结构方案设计包括热力计算、结构选型和蒸汽管道设计,通过热力计算得到充放汽压力、蓄热器体积和蓄热量等参数,结合理论计算和规范系列进行锅炉和蓄热器结构选型,通过充放汽原理和现场情况进行蒸汽管道的布局、尺寸和压降设计计算;系统测控方案设计部分包括功能分析及方案选择、测点布置、阀门选型。以某液体发动机高空模拟试验台蒸汽引射用锅炉-蓄热器式供汽系统(用汽时间不大于300 s,最大蒸汽流量为94 t/h,用汽压力为0.8 MPa)为案例进行方案设计,通过试验验证了系统的工作性能良好。研究结果可为类似工况下锅炉-蓄热器式供汽系统的方案设计提供参考。

固体火箭发动机点火装置方案设计通用算法模块研究

为解决现有点火装置设计“系统研究少、设计经验性强、方案通用性差”的问题,对不同类型点火装置的方案设计过程进行了系统性分析,提出了点火装置方案设计的通用设计方法及流程,在此基础上采用面向对象技术开发相应的通用算法模块,包含所需要的数据字典以及专业算法的实现。完成5种类型点火装置方案设计全过程,获得方案设计的结构参数与性能参数,同时基于Creo实现了参数化三维模装设计快速建模。该通用算法模块不仅可以独立运行,也可集成至有关的固体火箭发动机总体方案设计系统软件中。利用所开发的算法模块对FG-02固体火箭发动机点火装置以及常见的管式点火装置方案进行案例设计,结果表明所建立的点火装置方案设计流程及开发的通用算法模块具有较好的适应性,提高了设计效率和经济性,可为点火装置的方案论证和初步工程设计提供支持。

圆柱形谐振管气动谐振加热现象的理论分析

为了分析谐振管中气体温度在射流的长时间作用下能升高至某定值但不能无限升高的原因,针对由声速喷嘴和圆柱形谐振管组成的系统,利用激波理论对圆柱形谐振管中周期性运动的激波与膨胀波对气体的作用进行分析,认为激波使管中气体温度升高、膨胀波使气体温度降低,它们的周期性作用使管中气体温度能够累积升高,随着气体温度的升高,激波的加热作用减弱,并最终消失,管中气体温度达到某定值。

机械加工工艺对零部件加工精度的研究分析

随着制造业对零部件精度的要求越来越高,深入了解机械加工工艺对零部件加工精度的影响因素变得尤为关键。本文系统性地分析刀具选择、加工参数、材料性质以及机床稳定性等因素对零部件精度的影响机制,能够深入理解这些关键因素的相互作用,并提出优化机械加工工艺的方法,以此来实现更高水平的零部件加工精度,从而提高产品质量、降低生产成本,并满足市场对高性能零部件的需求。

吸气式旋转爆震发动机热力循环过程分析与性能计算

为了快捷有效地指导发动机设计,有必要建立快速准确地获取吸气式旋转爆震发动机性能参数的计算方法。以飞行条件、发动机关键几何参数以及进气道和喷管的特性参数作为输入参数,通过将隔离段内复杂运动激波简化为正激波实现旋转爆震燃烧室与上游隔离段的压力匹配,应用二维特征线方法对燃烧室内复杂流动进行快速准确模拟,建立了吸气式旋转爆震发动机热力循环过程分析模型,计算得到发动机关键截面流动参数和发动机性能参数。以氢气和乙烯为燃料研究了进气道压缩温升、进气道喉道与燃烧室面积比以及余气系数对发动机性能的影响。结果表明:在一定的条件下进气道压缩温升和进气道喉道与燃烧室面积比的增加有利于发动机比冲性能的提升,但面积比的增加将导致发动机工作马赫数范围变窄,以氢气为燃料,余气系数为1,当面积比从0.3增至0.5,发动机工作马赫数范围由2.5~5收窄至3.5~5,而Ma=5状态最大比冲提升7%;在一定范围内余气系数增加有利于发动机比冲性能的提升,但将导致单位推力降低,以氢气为燃料,面积比为0.4,余气系数由1增至1.67,在Ma=3,4和5状态点,最大比冲性能分别提升25.4%,23.5%和20.3%,但最大单位推力分别降低24.7%,25.9%和27.9%;以乙烯作为燃料,发动机比冲和单位推力随进气道压缩温升的变化趋势与氢气一致,但性能偏低。研究提出的热力循环模型和计算方法实现了吸气式旋转爆震发动机性能的快速计算。

基于Pro/E的参数化驱动固体发动机模装设计

为实现参数化驱动的固体火箭发动机结构设计、零件装配及其与平行层燃面退移的一体化集成,以Pro/E族表技术为核心,利用WinForm框架和XML等技术,提出了实现固体火箭发动机结构参数化模装设计和整机自动化装配的技术途径,实现了发动机各零部件三维模型的参数化驱动及发动机整机的自动化装配,实现了复杂三维药柱退移过程中的拓扑结构变化。该研究开发完成固体火箭发动机结构参数化模装设计软件系统,系统中包含29个发动机零件,通过灵活设定结构参数,可自动化构建多达720种不同结构形式的发动机结构实体模型,实现平行层燃面退移,得到发动机工作过程中的动态结构质量特性,同时计算出发动机的内弹道性能,并且具有可扩展性。该技术能够为进一步研究固体火箭发动机的设计、仿真、优化的一体化系统奠定基础。

新拌混凝土氯离子含量现场检测的现状研究

新拌混凝土氯离子含量超标对钢筋混凝土的耐久性危害很大。对新拌混凝土中的氯离子含量进行现场快速检测并完善其检测方法是目前工程界的当务之急。本文阐明了氯离子选择性电极法是新拌混凝土氯离子含量现场检测的重要方法,并提出了仍须解决的几个技术问题。

运载火箭注气式蓄压器联通孔流量特性数值仿真研究

运载火箭注气式蓄压器存在主流垂直流动对联通孔内水平流动的影响,如果采用一维经典流体力学方法计算联通孔流量系数会产生很大误差。针对这一问题,采用计算流体力学方法,在不同主管流速的条件下,对单个联通孔内的流体流动进行三维稳态数值仿真研究。研究表明,联通孔流动同时具有T型三通管流动和孔板流动的特点。受主流垂直流动的影响,联通孔内流动呈现出明显的不对称性和非线性特征,流速比小于-2.54或大于1.29时的流量系数相对变化超过15%。根据仿真结果,给出了考虑主管流速的联通孔流入和流出流量系数拟合式,以及流量系数相对变化量和流速比的关系式。

涡轮泵流体静压轴承设计及性能特性分析

针对流体静压轴承在液体火箭发动机涡轮泵中的设计和应用,以现有的滚动轴承支承的涡轮泵转子为应用对象,提出流体静压轴承的参数设计思路,采用粒子群优化算法设计得到支承刚度最大化的轴承结构参数组合,并计算分析所设计轴承的性能以及轴承-转子系统的动力学特性。分析表明:优化设计得到流体静压轴承的承载力和支承刚度可以满足要求,但轴承总流量达泵流量的21%,这会显著降低涡轮泵的总体效率;仅将滚动轴承改为流体静压轴承,而不改变其他结构或布局,转子的稳定性不能满足要求;涡轮泵流体静压轴承转子系统设计时应尽量将轴承布置在转子位移较大的位置,以充分发挥其阻尼作用。

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 。

固体火箭发动机集成方案设计系统SRMCAD

研制了一种固体火箭发动机集成方案设计系统软件SRMCAD。该系统采用了模块化的结构设计,共有14个模块:即系统执行控制、系统输入、系统输出、数据文件管理、热力计算、总体参数优化、指标分配、燃烧室设计、装药几何设计、内弹道计算、药柱强度校核、喷管设计、点火器设计和质量特性计算。该系统以发动机性能方案设计为主,兼顾初步的结构方案设计,能在视窗操作系统上运行。

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。

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．

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。

某光伏电站发电量波动与偏离特性研究

分析光伏电站实际发电量与模拟发电量的偏差,为光伏电站优化提供理论支持。使用PVsyst软件模拟计算某光伏系统发电量,采用波动率衡量不同月份下实测发电量的变化,根据偏离率判别发电量理论值和实测值的差别。结果表明,不同倾角下,光伏发电年利用小时数模拟值先增后减;18°倾角工况下,光伏发电月利用小时数模拟值波动率在4.36%~24.16%之间。光伏组串总利用小时数实测值平均值为978.96 h,光伏阵列发电月利用小时数偏离度分布范围在8.68%~23.83%,4月偏离度最大,为41.12%。准确把握光伏系统利用小时数理论值与实测值的偏离率及波动率,有利于光伏电站的优化。

近地点变轨发动机高空喷管性能预示研究

对长征 2E火箭近地点变轨发动机EPKM高空喷管的地面性能和高空性能进行了预示。在喷管跨声速区,气相采用显式MacCormack差分格式、颗粒相采用特征线法,而在喷管超声速区采用特征线法,数值求解轴对称二维无粘两相流动模型。结合喷管内的气流分离准则预测发动机地面工作时的性能,同时根据地面试验数据外推发动机的高空性能,与实测性能数据比较,平均推力相对误差约为5 6%和1 5%左右;而直接对发动机高空工作时的满流状态喷管进行数值模拟所得的发动机平均推力与实测性能数据比较相对误差约为1 7%左右。研究表明,所采用的流动模型、气流分离准则和数值方法对高空喷管不同工况下的性能进行工程预示是有效的。