挡圈引起冷氦电磁阀用弹簧蓄能圈失效机理分析

某型号用冷氦电磁阀在室温下动作若干次,主阀发生卡滞;但在低温(-196℃)下工作正常。对卡滞的电磁阀进行分解,发现主阀上维持前后压差的弹簧蓄能圈发生失效,蓄能圈内金属弹簧碎断,金属片进入主阀与壳体之间的间隙,进而卡住主阀;后将主阀上的挡圈取下,电磁阀恢复正常。为分析挡圈造成蓄能圈失效的机理,分别建立起冷氦电磁阀带挡圈及不带挡圈的AMESim数学模型,获取两种状态下主阀及蓄能圈在电磁阀动作时的运动特性曲线;以此为基础,在LS-DNYA显示动力学分析软件中建立起主阀-蓄能圈冲击仿真模型。计算结果表明:挡圈令蓄能圈在电磁阀打开过程中背部憋压。在蓄能圈运动速度变慢后,与主阀发生碰撞,造成蓄能圈失效。

冷氦换热器数值建模及性能仿真研究

采用基于集总参数法的AMESim仿真软件对某型号运载火箭冷氦换热器进行建模,模型考虑了管外的高温燃气凝结换热、管内的强制对流换热及换热管沿轴向、径向的导热。在此基础上,开展了冷氦换热器的单元无关性分析、换热器性能仿真及参数影响性分析。仿真模型有效性通过搭载发动机地面试车试验数据进行验证。计算结果表明:仿真模型能较好地模拟冷氦换热器的性能,且随着冷氦进口温度升高,出口温度也基本线性递增;随着冷氦流量增大,出口温度逐渐降低,而工作压力对换热器性能影响较小。

冷氦增压系统的研制

冷氦增压在我国是首次研制，并成功地应用于长征三号甲型号。冷氦增压是长征三号甲研制中的关键技术之一。介绍了冷氦增压系统方案、冷氦增压方案的优点、箭上冷氦增压系统几个部件的主要设计技术要求、冷氦增压系统地面设备及主要技术要求、箭上冷氦增压系统安全措施、冷氦增压系统的试验及主要结果、冷氦增压计算、长征三号甲火箭冷氦增压试验结果以及国外冷氦增压技术等。

Ti-5Al-2.5Sn ELI钛合金冷氦气瓶低温变形行为研究

Ti-5Al-2.5Sn ELI钛合金具有高强度、高耐腐蚀性及优异的低温力学性能,在航天领域应用广泛。首次采用超塑性等温精密冲压技术研制了大规格Ti-5Al-2.5Sn ELI钛合金冷氦气瓶,并结合其热成形前后显微组织、力学性能、断裂行为的变化,系统掌握了制约冷氦气瓶低温力学性能的因素。研究结果表明,通过降低间隙元素含量、减小α相晶粒尺寸并合理调控晶界形貌特征可有效提升Ti-5Al-2.5Sn ELI钛合金的低温力学性能,其在20K条件下具有优异的塑性变形能力,并且拉伸断口呈现出典型的延性断裂特征,展现出优异的强度和塑性匹配,最终成功研制出合格的130L低温钛合金冷氦气瓶。

冷氦直接增压排放推进剂试验系统的研制及性能调试

针对在液氧贮箱内贮存冷氦气并用于增压煤油贮箱排放的技术方案,研制了一套以液氮为冷源,借助换热器冷却常温氦气获得冷氦,继而送入煤油贮箱进行挤压排放的地面模拟试验系统。对该试验系统的主要功能进行了调试,包括流量调控测试,以及最大排液流量、制冷能力和贮箱内部温度分布测量等。结果表明,该试验系统能够安全可靠地模拟箭上冷氦增压系统的工作过程,可用于相关原理性验证试验和机理研究。

恒压加载式冷氦压力调节器的建模与仿真

根据自行研制的 CZ- 3 A冷氦压调器的设计技术要求和系统使用要求的相关资料 ,在分析其工作原理的基础上 ,进行理论研究与推导 ,建立其数学模型。通过数值仿真与试验验证模型的合理性和实用性 。

冷氦增压电磁阀动力学稳定性分析

对一种冷氦增压电磁阀构建了阀芯运动控制方程及AMESim模型,通过线性稳定性分析求解电磁阀的压力-流量临界稳定曲线,并开展主阀芯的扰动响应特性分析。计算结果表明,流量较小时阀芯平衡状态不稳定,受到微小扰动就会形成自激振动;随着流量增大,平衡状态逐渐趋于稳定;同一工作压力下,介质为冷氦时电磁阀的稳定性优于常温氦气和空气;增加电磁阀与孔板间的连接管路长度,能够提高阀门工作稳定性。

不同增压方式对火箭燃料贮箱冷氦增压效果的影响

针对液氧/煤油火箭燃料贮箱采用的冷氦增压方案,搭建试验系统并进行地面模拟试验.探究不同增压方式,包括增压位置、扩散器形式和增压气体流量对增压排液过程的控压稳定性、贮箱气枕区温度分布、氦气消耗率、气液混合以及液体结冰状态的影响.结果表明:与气枕区增压相比,气体在液体区增压时换热充分,同等条件下气体消耗率降低33.1%,但控压稳定性较差;扩散器形式对气体消耗率和贮箱气枕区温度分布影响不大;小流量增压更加节约氦气,与40 L/s排液相比,10 L/s排液可以节约20%氦气;各工况中均未发现液体介质局部过冷结冰现象,且无气泡随液体进入排液管路.试验结果验证了煤油贮箱采用冷氦增压方案的可行性,并为箭上冷氦增压系统的结构设计和工况调节提供参考.

液氢温区冷氦增压系统试验研究

针对某型号火箭冷氦增压系统,建设了液氢温区冷氦增压系统试验平台,通过试验得到了冷氦气源压力和温度、冷氦加热器性能、模拟贮箱压力和温度的变化规律。结果表明:低温制冷机组配合高压低温换热贮罐可以真实模拟箭上的冷氦气源;根据对增压过程中贮箱压力的分析表明排气方式可以真实模拟箭上推进剂消耗过程中贮箱压力的变化情况;另外,试验中压力信号器、电磁阀和贮箱工作正常,验证了火箭冷氦增压系统的可靠性。

液氢温区冷氦增压试验系统的设计

针对液体火箭冷氦增压系统试验研究的不足,设计并建设了液氢温区冷氦增压试验系统,采用深低温制冷机组配合高压低温换热贮罐来实现液氢温区高压冷氦气源;使用管壳式加热器真实模拟箭上换热器的换热性能与流阻;提出以排气方式模拟贮箱推进剂消耗过程中压力的变化情况。该试验系统安全可靠,更加真实地模拟了液体火箭冷氦增压系统的工作过程。

低温高压自动脱落冷氦连接器研制

主要介绍了冷氦连接器的研制与试验，以及研制中的技术难点及解决途径。此连接器的研制，解决了低温、高压下多路连接密封问题、隔热和绝热问题以及射前脱落问题。为ＣＺ－３Ａ三级冷氦增压系统得到实施提供了一个必不可少的关键设备。

冷氦增压系统换热器换热性能研究

为研究各种流量工况下冷氦增压系统中换热器的换热性能和压力损失,开展了冷氦增压系统搭载发动机试验和数值仿真研究,研究结果表明通过换热器的冷氦气体流量增大,换热器的出口温度降低且对换热器压力损失增加,数值仿真结果与试验结果吻合较好,换热器性能试验研究为提升冷氦增压系统工作性能打下基础。

冷氦增压真空绝热小导管的结构设计

长三甲火箭在国内率先采用了冷氦增压技术，但其总体计算是否正确，管路结构设计是否协调可靠，都需经动力试车来考核。为了使在地面进行的动力试车能较好地模拟高空的真空环境，设计了ＣＯ２冷凝真空绝热小导管，并成功地应用于动力试车中。

冷氦电磁阀装配性能对密封的影响研究与改进

冷氦电磁阀是运载火箭等产品中增压输送系统的重要结构单元,其在低温振动条件下的密封性能差是亟待解决的技术难关。本文从冷氦电磁阀的密封结构入手,分析了阀芯与壳体形位公差和波纹带的尺寸与安装状态对密封性能的影响,然后,在此基础上提出同轴度公差与装配间隙关联表,并改进了波纹带的形状参数,提高了冷氦电磁阀的密封性能。本文的研究结果将为冷氦电磁阀的装配参数选配和合格率提升提供理论分析基础,从而为高密度的发射任务做好准备。

冷氦换热器低温换热试验研究

为验证采用液氧对冷氦加温的可行性,研究光管、整体翅片管两种形式的换热器在不同流量、压力下的换热性能,开展了冷氦换热器的原理性试验和数值仿真研究。研究结果表明:相同工况下,整体翅片管换热效果比光管好很多,整体翅片管对强化换热效果明显,数值仿真结果与试验结果吻合较好。

冷氦换热器翅片结构仿真优化分析

应用商业软件Ansys CFX 11.0对冷氦换热器多种结构尺寸的翅片进行了数值仿真,分析了翅片高度、翅片间距、翅片内表面温度对翅片管自然对流换热的影响。结果表明:对于管径一定的换热器,翅片厚度一定时,有一个最佳的翅高翅距比,对应于最大的Nusselt数。

氦冷固态包层氚增殖球床气体和粉末流动特性的数值研究

基于计算流体力学和离散元耦合分析,研究了氦冷固态增殖包层球床中吹扫氦气的速度分布和破碎的正硅酸锂粉末速度随时间的变化及粉末数量随氦气入口流速变化。模拟结果表明,在吹扫氦气流动方向上,用入口流速归一化的氦气速度分布与入口流速无关,在靠近球床边缘速度变化较大,在球床中部速度变化较小;用入口流速归一化的粉末平均速度与入口流速关系不大,会随吹扫时间逐渐趋于稳定;对小粒径粉末,吹扫气体流速越大,越容易被吹出球床,对大粒径粉末,因其本身体积过大,易在球床中形成堵塞。

氦氙气冷小堆燃料棒辐射散热特性分析

反应堆堆芯热工安全特性是反应堆系统安全特性最重要的组成部分。氦氙气冷小堆中燃料棒间温差大,辐射散热不可忽略。因此针对氦氙气冷小堆堆芯,不止需要考虑对流换热和热传导两种换热形式,也需要考虑辐射散热对堆芯换热的影响。本文通过建立氦氙气冷小堆堆芯1∶1精细化模型,开展反应堆堆芯内部三维辐射散热特性分析,同时获得辐射角系数。将本文模型计算结果与蒙特卡罗方法结果进行对比验证,两者相对误差小于1%,证明该辐射角系数计算方法的准确性。开展了燃料棒径距比、燃料棒表面温度、燃料棒长度等几何参数敏感性分析,关注其对燃料棒辐射散热特性的影响,并开发出一套具有普适性的堆芯内燃料棒辐射角系数经验关系式。本文通过研究燃料棒间辐射散热特性了解反应堆内辐射散热规律,为后续反应堆堆芯热工安全特性研究提供了技术支撑。

CFETR氦冷偏滤器回路LOCA事故放射性释放分析

基于中国聚变工程实验堆(CFETR)氦冷偏滤器回路设计方案,建立事故计算模型,针对真空室外冷却剂丧失事故(Ex-vessel LOCA)和Ex-vessel LOCA叠加真空室内冷却剂丧失事故(In-vessel LOCA),对其放射性释放后果进行了评估。结果表明:Ex-vessel LOCA事故中氦气泄漏会导致管道所在房间压力小幅度上涨,氦气泄漏量低于安全限值;在In-vessel LOCA叠加Ex-vessel LOCA事故中,不考虑隔离阀时房间气体会向真空室倒流,使真空室泄漏量超过安全限值;在加入隔离阀后,真空室泄漏量与房间泄漏量均满足验收准则。同时基于计算结果,估计了事故工况下氚的泄漏量。结果验证了方案的安全性,并为后续设计工作提供了数据支持。

七参数多项式方程拟合氦等离子体处理面粉的水分吸着等温线

为了解释小麦面粉经过冷等离子体处理后面团吸水率增加的成因,采用120 W低压强射频氦冷等离子体处理面粉0~180 s,随着等离子体处理时间增加,小麦面粉吸水率、电导率、水和蔗糖溶剂保持力(SRC)值及糊化衰减值显著增加,深入探究这些指标变化原因,我们提出一个七参数多项式M=A+B·t+C·t^(2)+D·t^(3)+E·ERH+F·ERH^(2)+G·ERH^(3)(M是平衡水分%,ERH是小数表示的平衡相对湿度,t是温度℃,A~G是参数),能够拟合氦冷等离子体处理面粉的水分吸着等温线,拟合度指标优于修正Chung-Pfost(常用)和四参数多项式(不含温度项)方程。七参数多项式方程能够清晰显示面粉样品水分吸附与解吸等温线之间的滞后环,随着温度增加,滞后环下移,且滞后度随ERH增加呈现抛物线形状,抛物线顶点在ERH 40%~50%。冷等离子体处理将单分子层吸附位点转变为多分子吸附位点的区域提前了,由ERH 50%转变为40%。用Dent模型分析显示,氦冷等离子体处理能够降低面粉单分子层含水量和扩展压强,增加毛细管壁弹性,水分子与化学成分形成氢键的能力加大,促进水分子向面粉颗粒均匀分布和渗透。红外光谱扫描显示面粉中淀粉粒表面短程有序化程度及淀粉与蛋白的作用程度增大。氦冷等离子体技术在改善面粉加工品质具有应用潜力。