钢绞线热铸锚节点高温下抗拉性能试验研究

针对锌铜合金熔点较低(约460℃±10℃)、高温下热铸锚节点容易失效的问题,对预应力钢绞线热铸锚节点进行了高温抗拉性能试验,获得了高温下试件的破坏模式和抗拉承载力,提出了钢绞线热铸锚节点在高温下极限抗拉承载力计算公式,以及在各荷载比下的临界温度,可用于钢绞线热铸锚节点的抗火承载力验算与防火保护层厚度设计.试验研究表明,温度低于200℃时,破坏模式为钢绞线断裂;温度高于200℃时,破坏模式通常为钢绞线滑脱.温度为150~440℃时,钢绞线热铸锚节点的极限抗拉承载力随温度升高而降低,287℃、340℃、392℃和425℃时的极限承载力分别为常温时的77.3%、39%、35.2%和10.5%.

气氧/甲烷液体火箭发动机纵向不稳定燃烧机理研究

为研究同轴剪切喷嘴液体火箭发动机的高频不稳定燃烧诱发机理,针对单喷嘴气氧/甲烷缩尺火箭发动机开展了热试车试验和基于URANS/LES的高保真数值模拟。热试车试验得到了可重复的一阶纵向高频不稳定燃烧,数值模拟再现了试验中的不稳定燃烧,数值结果与试验结果符合良好。数值结果表明:燃烧室突扩面处的周期性涡脱落是引发、维持不稳定燃烧的激励源。整个热声振荡过程中,压力与释热率保持同步振荡,不断有能量从燃烧过程进入声场以维持纵向热声振荡,形成“燃烧-声学-流动”的能量反馈回路。周期性涡脱落本质上起到了释热相位延迟的作用,成为“燃烧-声学-流动”能量反馈回路的驱动源。

基于激光选区熔化技术的大尺寸喷注器设计

为研究激光选区熔化技术应用于大尺寸液体火箭发动机喷注器的可行性及最佳方案,按照先喷注单元后大尺寸喷注器的思路开展了设计研究。基于激光选区熔化技术设计了4种不同方案的喷注单元试验件,并进行了冷态液流试验对比。通过喷注单元对比试验得出直接采用激光选区熔化技术成型的喷嘴不适合直接用于大尺寸喷注器设计。根据喷注单元对比结果,选择了大尺寸喷注器的设计方案,生产了大尺寸喷注器,并进行了热试验考核。结果表明:采用激光选区熔化技术成型毛坯、机加工关键尺寸的设计方案为大尺寸喷注器的最佳方案。

1.5tf再生冷却液体火箭发动机关键技术与试验验证

1.5 tf再生冷却液体火箭发动机用于我国载人登月新一代载人飞船主动力,具备高可靠、高比冲和多次点火启动等能力。头部采用多组喷注单元同心圆排列的直流互击式喷注器,身部燃烧室采用增材制造中逐层熔覆的激光选区熔化技术制备,喷管延伸段采用轻质C/SiC复合材料制备,两者通过螺栓、法兰连接和柔性石墨密封。采用再生冷却、液膜冷却和辐射冷却的组合热防护方式加强身部冷却效果,双密封联动的低流阻气动电磁阀控制推进剂流动。通过设计和工艺联合攻关,初步突破了高性能稳定燃烧和可靠冷却、再生冷却身部一体化增材制造、大尺寸复合材料喷管成形和连接等关键技术,通过了地面热试车和高空模拟热试车验证。发动机工作稳定,再生冷却温升裕度大,实测真空比冲为315.3 s,达到相同系统参数下国际先进水平,主要技术指标满足设计要求,为后续工程研制奠定了坚实的技术基础。

液氧/甲烷轨姿控推进系统集成演示试验

为验证液氧/甲烷轨姿控一体化推进系统涉及的主要关键技术和安全操作流程,上海空间推进研究所研制了国内首款氦气恒压挤压式液氧甲烷推进系统演示样机。历时3年,演示样机于2021年底顺利完成多轮次地面热试车考核,系统运行平稳,轨/姿控发动机工作协调、产品状态良好。介绍了演示样机的设计方案、研制历程和集成演示试验结果,以及轨/姿控发动机的设计与试验情况。液氧甲烷推进系统累计完成48次/约6000 s系统冷/热态试验考核,配套的5 kN轨控发动机累计完成点火工作40次/1860 s,配套的150 N/25 N姿控发动机累计完成稳态工作1690 s/脉冲点火约1250次。演示样机热试车的成功,标志着我国液氧甲烷空间推进系统实现了从“0”到“1”的突破,为后续型号工程应用奠定了基础,也为我国液体空间动力的升级换代和可持续发展提供了有力支撑。

基于ADN基液体推进剂的无毒可贮存空间发动机试验研究

对一台基于ADN基液体推进剂的无毒空间发动机进行了试验研究。通过三维PDA(Phase Doppler Anemometry)综合测量系统,获得了发动机喷注器的雾化性能,得到了喷注器雾化液滴空间上的双分支分布以及液滴尺寸上的双峰状分布;通过高空模拟热试车试验,对于发动机的稳态、脉冲工作性能、工作过程中包含的催化分解及燃烧反应特性有了深入理解,研究了发动机启动时燃烧室内的建压和温度抬升过程,揭示了ADN基发动机在点火过程中体现出的点火延迟特性。

高度补偿喷管的氢氧热试研究

采用气氧作氧化剂、气氢作燃料,对具有高度补偿特性的塞式喷管和双钟型喷管进行了点火热试.介绍了气氢/气氧试验系统,以及试验喷管的结构形式、设计参数和装配照片,喷管试验件采用耐烧蚀的钨渗铜材料加工,成功进行了多次短时间点火热试.给出了试验测量参数曲线、点火热试照片和数据结果,获得了不同高度下塞式喷管和双钟型喷管的热试性能数据,和当量钟型喷管相比两者都具有较好的高度补偿特性.以推力系数效率为例,塞式喷管在低空压强比下达到92%-95%,双钟型喷管低空下为96%-98%,高空下则都在95%左右.

推力室涡流冷却技术试验研究

涡流冷却是一种新型液体火箭发动机推力室冷却技术。在理论分析和数值计算的基础上,设计了采用气氢/气氧作为推进剂的试验用涡流冷却推力室,进行了多次冷流试验和点火试验。在不采用其它冷却措施的情况下,完成了工作时间为20s的点火试验。试验结果表明,涡流冷却推力室工作稳定,气氧形成了有效的冷涡流,圆筒段外壁面温升为5K,部分气氧形成的气膜也对喷管形成了有效的保护。

液体火箭发动机喷管延伸段C/C-SiC复合材料的性能

采用化学气相渗透(CVI)和液相浸渍裂解(PIP)混合工艺制备出三维针刺C/C-SiC(材料A、B)和C/C(材料C)复合材料,研究了复合材料的力学、抗热震和耐烧蚀等性能以及SiC涂层对烧蚀性能的影响,并采用扫描电子显微镜分析了材料的断裂面和烧蚀面形貌。结果表明,材料A(SiC基体含量较高)的性能较好,其弯曲强度、线烧蚀率及抗热震系数分别达到238.4 MPa、3.0×10^-3mm/s和35.3 kW/m。沉积SiC涂层后,材料A、B和C的线烧蚀率较之前分别降低33.0%、12.5%和37.5%。采用材料A+SiC涂层方案研制的喷管延伸段构件,进行780 s地面热试车考核,试车后构件结构完整。

涡流冷却推力室燃烧效率分析

为了分析喷注器对涡流冷却推力室燃烧效率的影响,开展了2kN气氢/气氧涡流冷却推力室的设计、仿真与试验研究,设计加工了三种不同喷嘴分布直径的氢喷注面板,在试验过程中测量了推力、燃烧室圆筒段内壁面温度、内壁面压力等参数,利用热力计算、流场仿真与试验测量结果对涡流冷却推力室燃烧效率进行了分析。结果表明,在所分析的三种喷注面板中,喷嘴分布半径最大的推力室燃烧效率最高,为97.6%。同时开展了透明燃烧室的试验研究,高温火焰在燃烧室圆筒段59.5%半径以内区域,验证了内外涡流结构的存在。仿真结果表明,氢喷嘴分布直径影响燃烧区域的分布,从而影响燃烧效率。

一氧化二氮/乙醇燃气发生器试验研究

根据引射器高温燃气引射工质使用需求,提出了一氧化二氮/乙醇双组元推进剂组合燃气发生器方案,介绍了燃气发生器结构设计和试验系统,采用75%乙醇燃料与一氧化二氮进行燃烧反应,同时往燃气中注入掺混水的方式,在多种工况下成功进行了燃气发生器热试车。结果表明,燃气发生器设计合理,易于点火,能够在较宽的参数范围内生成稳定的高温燃气流。

气氧旋流强度对气-气喷嘴燃烧特性的影响

为进一步深入研究气-气喷注器结构参数对气-气掺混燃烧特性的影响,采用常温气氢和气氧推进剂,对同轴直流和同轴旋流气-气单喷嘴进行了冷流和热试试验,获得了每种喷注器的流量系数、燃烧室压力和燃烧室壁温,并结合数值仿真研究了中心气氧旋流强度对推进剂掺混燃烧的影响。结果表明:同轴旋流式喷嘴拥有较小的流量系数;中心气氧旋流有利于提高推进剂的燃烧效率,但带来了较大的燃烧室和喷注面板热载。

红外热像仪在液体火箭发动机热试车中的应用

对红外热像仪在在液体火箭发动机热试车过程中的温度测量进行了研究,介绍了其测量原理和工作特点,总结了在试验过程中准确测量的操作要求。结合实践,提出了一系列对试验结果定性、定量的分析方法,能够有效的对推力室壁面温度场测量结果进行处理,得到推力室工作特性的相关信息。

三组元火箭发动机推力室试验研究

通过冷试研究了多种喷嘴的特性,总结了工作参数和结构参数对喷嘴性能的影响规律;进行了大量三组元推力室双工况热试,研究了不同工作参数和结构参数对三组元推力室燃烧性能的影响;利用旁通阀方案和液氧可调汽蚀文氏管方案分别成功进行了三组元工况与两组元工况的模态转换试验,实现了大范围工况调节;对三组元推力室内部燃烧和传热过程进行了数值仿真,考察了推力室冷却方案的可行性。

地铁车站防灾系统全尺寸热烟测试(一)—四节编组地下两层岛式车站

利用全尺寸热烟测试(Hot SmokeTest)的方法,在一个四节编组、安全门系统制式下的地下二层地铁车站,开展了防灾系统安全性的火灾热烟测试实验,检测了地铁防灾系统的联动效果、事故模式切换状况和综合安全性能,实验得到了闭式全高安全门系统下的烟气扩散特点、楼扶梯开口向下流速、有效疏散时间,分析了排烟量的非对称性设计导致的烟气非对称流动特点。实验数据可为国内类似的采用四节编组(80m长)的站台、闭式系统设计的地铁线路提供参考。

热烟测试用于评价建筑烟控系统的讨论

烟气是火灾中导致人员伤亡的最主要因素 ,建筑的消防系统中必须包括有一个良好的烟气控制系统。目前在国内烟气控制系统的有效性评判一般是根据相关规范的规定来得到 ,而对于超出规范范围的建筑 ,大都是利用数值模拟来给出其烟控系统的有效性评判 ,极少通过现场烟气实验来对烟控系统进行测试 ,且国内尚未形成现场测试的相关标准或规范。介绍了澳大利亚用于烟气控制系统现场测试的热烟测试标准 ,利用其对一个高大中庭的烟控系统进行了测试。测试过程和结果表明 ,热烟测试可以较好地用于对建筑烟气控制系统有效性的评判 。

热烟试验方法的研究

利用热烟试验,对大规模公共建筑的火灾报警探测和防排烟系统性能综合评估的问题,提出试验验证的方法。

圆转方塞式喷管型面设计和试验研究

提出了圆转方塞式喷管的内喷管和塞锥型面的设计方法，内喷管用圆弧和抛物线近似，塞锥型面用抛物线和三次曲线近似，设计了一单元圆转方塞式喷管试验发动机。并采用气氧作氧化剂，气氢作燃料，进行了点火热试研究。介绍了试验发动机的结构与设计参数，以及试验系统组成和点火方式，给出了试验发动机照片、试验结果照片、测量参数曲线和性能数据处理。试验结果表明，试验发动机具有较高的热试效率：在三个不同工作高度下，喷管推力系数效率在93％-98％之间，说明圆转方塞式喷管的型面设计和试验方法是可行的。

含屏蔽门地铁站烟气控制系统有效性的热烟实验研究

在深圳地铁会展中心站和岗厦站进行全尺寸火灾实验,对含屏蔽门的站台机械排烟和正压送风挡烟的有效性进行检验。实验中使用0.7MW的甲醇池火,对站台内烟气温度分布和关键位置的风速进行测量。结果表明:当站台启动排烟后,站台两侧区域烟气逐渐沉降至地面,无法排出站台而形成排烟死角,在站台两侧增加补风口后排烟效果得到明显改善。站厅正压送风挡烟效果与站台的结构密切相关,对于不含中庭的站台,采用正压送风可以有效地防止烟气向上层蔓延;对于含有中庭的地铁站台,必须通过降低挡烟垂壁的高度才能将烟气控制在起火层内。

气氧/煤油发动机电点火技术研究

根据姿控发动机小结构、多脉冲、快响应的工作特点,研制了国内创新的150 N姿控发动机电脉冲点火技术,为无毒、无污染、高性能、低成本的气氧/煤油非自燃推进剂发动机奠定了基础。给出了航天电脉冲点火器的参数、设计方案和工作原理。地面和模拟真空环境热试车结果表明,气氧/煤油发动机采用电脉冲点火技术方案可行,地面及高空环境中均能可靠点火。150 N气氧/煤油发动机真空比冲可达2 800 N.s/kg,脉冲工作次数大于3 000次,并有较强的脉冲工作潜力。电磁兼容性试验显示,电脉冲点火发动机与箭上控制系统具有较好的电磁兼容性。