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。

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。

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。

航空发动机试车台多级引射排气系统的数值模拟

采用计算流体力学的方法,对某航空涡轴发动机试车台的多级嵌套式引射排气系统进行数值模拟。为提高计算准确度,选取试验中放气活门关闭的发动机状态作为计算工况。结果表明,当引射筒存在间隙时,高温燃气将通过此间隙回流至试车间,导致引射筒丧失引射作用,增加了试验风险。此外,发动机表面气流的反向流动对机匣表面的冷却产生不利影响,甚至可能导致发动机进气不均匀而产生畸变效应。间隙封堵后,发动机周围流线整齐,且试车间内无燃气回流,提高了试验安全性,为发动机试车台多级引射排气系统的设计提供了参考依据。

环型超声速空气引射器零二次流流场数值研究

采用二维轴对称雷诺平均方程和标准k ε双方程湍流模型 ,数值研究了环型超声速引射器零二次流的流场结构及盲腔压强的变化。空间上采用二阶迎风格式进行耦合求解 ,时间上采用显示的Runge Kutta方法进行迭代推进。结果表明 ,引射器几何参数不变的情况下 ,启动后的盲腔压强与引射气流总压之比为一常数 ;喷管马赫数不变情况下 ,喷管出口面积与混合室入口面积比越小 ,盲腔压强越低 ,扩压器性能越好 ,启动要求的总压越低。对超声速空气引射器的设计具有指导意义。

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。

固体火箭发动机高空模拟试验的流场仿真

针对固体火箭发动机被动引射式高模试验,在发动机点火及熄火过程中存在的回火,给发动机喷管及对布置在高空舱内的测试装置和线路构成了严重威胁的问题。利用Navier-Stokes方程(N-S)和Spalart-Allmaras模型对发动机被动引射高空模拟试车全程进行流场瞬态仿真:对试验过程中发动机建压、稳压、减压及高空舱补气等阶段的流场结构进行仿真,同时对扩压器及高空舱内的流场进行仿真,分析高模试验各阶段的流场结构。结果显示:测点的实测数据与仿真曲线大致重合,只在补气的最初阶段略有差别,实测数据与仿真数据的整体吻合度较高。建压和减压过程,应采取绝热措施防止高温燃气对发动机,特别是喷管和后封头处破环,此外应对喷管外形面进行合理设计,以控制回火气体的分离点,有利于减小回火造成的影响。稳压段高空舱内流场结构稳定,不会对发动机造成影响。

一种小型弹用发动机空中起动环境模拟试验主动抗扰控制方法

针对高空模拟试车台(简称高空台)弹用发动机起动环境模拟试验具有起动时间极短、流量变化率大等特点,采用常规控制方法难以实现快速、准确模拟空中飞行环境的技术难题,引入自抗扰控制思想,提出一种适用于高空台非线性不确定复杂系统的主动抗扰控制方法。仿真验证表明,采用该主动抗扰控制方法,试验舱进气、排气压力最大偏差≯0.3 kPa,进入稳态时间较短且无超调,能有效抑制弹用发动机起动对试验舱进气、排气压力的干扰。本研究对于高空台弹用发动机及其他型号发动机试验控制技术的发展具有重要借鉴意义。