主动引射高空模拟试车台流场瞬态数值模拟

大部分高空模拟试车台的数值模拟(不论是主动引射还是被动引射)仅模拟了发动机稳定运行的稳态流场,然而发动机启动、熄火以及在发动机运行的过程中药形的变化(药柱燃烧速率变化)都会影响发动机室压从而改变试验舱舱压。针对某大型主动引射高空模拟试车台,应用某商业软件模拟了q_(m)=20 kg/s、q_(m)=50 kg/s和q_(m)=200 kg/s这3个典型流量的发动机工作全程中某主动引射高空模拟试车台的流场。选取了几个典型工况进行分析并与试验数据进行对比,仿真数据与试验数据对比良好。通过此研究,在试验前能够较准确地预示引射舱压曲线,揭示舱压规律,指导真实试验,降低试验风险。

主动引射高模试车台水喷雾冷却器等效热力系统模型的研究

水喷雾冷却器在主动引射高空模拟试车台中具有重要作用,其出口处温度的有效控制是保障试车正常运行的关键。针对某型号火箭发动机常压试验的喷雾冷却器,建立了等效热力系统模型,并在Simulink平台上建立了相应的动态仿真模型,计算结果与试车测试结果对比证明所建等效热力系统模型正确,从而为实现其出口处温度的有效控制提供依据。

主动引射高模试车台水喷雾冷却器的研究

论文通过对主动引射高模试车台中水喷雾冷却器原理的研究分析,在常压下用固体火箭发动机进行了系统试验研究。利用正交试验设计,安排试验方案并分析性能影响因素,得出了试验最佳方案。最后按最优方案设计出水喷雾冷却器,再次试验所测数据表明,冷却器燃气出口温度符合设计要求。该试验结果给主动引射高模试车台中水喷雾冷却器的研制提供依据。

主动引射冷却对空气舵热环境影响的试验研究

以气体引射冷却为代表的主动式热防护系统是未来先进热防护技术的重要发展方向,对于改善飞行器重要区域的热环境有广泛应用前景,研究其对于流动和热环境的影响规律具有重要意义。针对典型的平板-舵结构,在超声速激波风洞中研究了主动引射冷却系统在不同喷流条件下对于模型空间流场结构和典型区域热环境的影响规律。试验结果表明:随着引射喷流马赫数的增大,喷流形成的弓形激波逐渐增强,与平板表面的夹角逐渐增大。模型中舵尖下方平板、舵轴前平板、舵轴前舵底面、舵前端以及舵轴迎风面的降热效果显著高于附近其他区域。当引射喷流马赫数为4时,上述各区域的降热率约为70%~90%。

主动引射高空模拟试车台试验舱舱压数值研究

针对某大型主动引射高空模拟试验系统在不同流量固体火箭发动机稳定运行过程中的流场结构,采用二维轴对称雷诺平均方程和k-ε湍流模型进行了数值模拟,空间上采用二阶迎风格式进行耦合求解,时间上采用显式Runge-Kutta方法进行迭代推进。结果表明,对于某大型主动引射高空模拟试验系统,在仅仅启动引射器时,试验舱舱压约为6500 Pa,随着被试验发动机流量的增加,在流量较小无法启动扩压器之前,发动机喷管出口燃气流在扩压器内形成马赫环并进入引射器内,单纯凭借引射器的抽吸作用,使喷管出口高温燃气排入到大气中,此时试验舱舱压会略高于发动机零流量时试验舱舱压。在发动机流量增大到扩压器启动之后,发动机喷管出口气流经过扩压器和引射器内的激波系进行减速增压之后排入大气,由于扩压器和引射器的抽吸作用,试验舱舱压会迅速降低至远低于无发动机试验舱舱压。随着发动机流量的增加,试验舱舱压变高。

主动引射气体参数对平板空气舵气动热影响

针对平板空气舵模型,在激波风洞马赫数为10、单位雷诺数为2.1×10^(6)/m的来流条件下,采用纹影和热流传感器进行了主动引射气体对高超声速流场调控和降热规律的试验研究。获得了不同马赫数和压力的主动引射气体条件下,流场的激波结构和模型表面热流通量。试验数据表明:在空气舵上游通过主动引射气体进行流场调控,能够降低平板和空气舵的干扰加热;引射气体马赫数为2时,降热效果达到45%,引射气体马赫数为4时,降热效果达到70%以上;随着引射气体马赫数和压力的增大,引射喷口下方的平板、舵尖、舵面和舵轴的降热效果越好,热流降低幅值和区域均会增大;可以通过提高引射气体的压力,在较低的引射气体马赫数下达到与高马赫数引射气体相同的流场控制效果;主动引射气体对边界层流态和厚度的改变是决定平板空气舵降热效果的主控因素;高超声速流场中,较低马赫数的引射气体就能够改变下游的流态,但只有较高马赫数或较高压力的引射气体,才能对下游产生较好的降热效果;从气体流量需求的角度出发,建议采用“高马赫数、低压力”的引射出口参数进行引射系统设计。

高空模拟试车台主被动引射方案数值研究

采用二维轴对称雷诺平均方程和Spalart-Allmaras湍流模型,对一大面积比火箭发动机高空模拟试车台在不同引射方案下发动机启动至稳定运行过程中不同室压下的流场结构进行了数值模拟。空间上采用二阶迎风格式进行耦合求解,时间上采用显式Runge-Kutta方法进行迭代推进。结果表明,采用启动段主动引射、主级段被动引射的方案可满足火箭发动机从启动工况到运行工况的引射要求,但需仔细考察引射器第二喉道收缩比的选择;采用启动段引射器高工况运行、主级段引射器转为低工况运行的全程主动引射,则是综合考虑了系统性能和经济性的较为理想的方案。

某型膨胀循环发动机高空模拟试验方案研究

某型膨胀循环发动机在研制初期基于环境压力可能对膨胀循环发动机起动加速性有较大影响的考虑,采用了全程主动引射高空模拟试验方案,试验结果显示环境压力对发动机起动加速性的影响较小。发动机室压和喷管面积比是影响引射方式的主要参数,该型膨胀循环发动机与采用被动引射的某型燃气发生器循环发动机参数相当,这为该型膨胀循环发动机采用被动引射提供了可能,并对膨胀循环发动机采用被动引射高空模拟试验方案的可行性进行仿真研究。

CAN现场总线在固体火箭发动机测试中的应用

通过固体火箭发动机主动引射高空模拟试验台现场总线控制系统的设计与实现,介绍了CAN现场总线通信技术的特点,主动引射试验台控制系统的总体设计,硬件、软件设计以及现场测量得到的参数分布曲线。同时给出了一种基于CAN总线技术的控制系统的设计方法。