基于单值控制图算法的单组元推力器组件关键特性数据分析

针对单组元推力器组件产品的测试数据出现“合格/不包络”现象,为更好地了解产品特性,提前发现产品风险点,文章在聚焦单组元推力器6项关键特性参数的基础上,利用47台已成功飞行的推力器组件的关键特性地面测试数据构建成功飞行数据包络线,选取单值控制图算法对待分析推力器的地面测试数据进行包络分析,发现该推力器的部分特性参数出现“合格/不包络”的情况;进一步检查发现该推力器性能不满足交付要求。以上方法运算简单,操作便利,有助于提前发现产品在生产流程中的薄弱环节,从而可尽早开展相应风险分析,提高产品可靠性。

低温启动单组元凝胶LLG-1热危险性研究

为了研究运输、贮存过程中低温启动单组元凝胶LLG-1的热危险性,利用差示扫描量热仪DSC及高性能绝热量热仪PHI-TECⅠ对其进行测试。测试结果表明,低温启动单组元凝胶LLG-1的比放热量为2 288.10±53.44 J·g^(-1),采用Ozawa法计算得到其活化能为49.05 kJ·mol^(-1),利用DSC测试方法及理论计算,得到的热爆炸临界温度过低,有悖于现实,表明该测试方法不适用。后利用加速度绝热量热仪PHI-TECⅠ对该物质进行测试,得到了该物质在实际贮存容器中的活化能为162.67 kJ·mol^(-1),长期贮存自加速分解温度SADT=365.4 K。并将其自加速分解温度与相同条件下测试得到的单推-3自加速分解温度进行了对比,结果表明其自加速分解温度高于单推-3自加速分解温度,LLG-1热安全性优于单推-3。

N2O单组元微推力器性能分析及试验

N2O单组元微推进是当前微推进领域的一个热点问题.在N2O催化分解热力计算的基础上开展了对N2O单组元微推力器比冲性能影响因素的分析,分析结果表明微推力器比冲与N2O分解效率及喷管扩张比有密切关系.所开展的亚牛级N2O单元微推力器催化分解试验结果表明所设计N2O单元推力器能在250℃初温条件下启动,初步验证了N2O单元微推力器的可行性;也揭示了推力室结构及床载大小对亚牛级N2O单元微推力器性能的影响,为进一步的结构及试验设计提供了参考.

可用于替代肼的2种绿色单组元液体推进剂HAN、ADN

给出了绿色单组元液体推进剂的定义。从推进性能、毒性、环境友好性方面讨论了硝酸羟胺(HAN)和二硝酰胺铵(ADN)基单组元液体推进剂相比肼单组元推进剂的优势。介绍了这两种单元推进剂的国外最新应用情况。

卫星单组元肼发动机堵塞失效分析

某型单组元肼发动机在整星AIT阶段进行专项测试检查时发现产品无喷气。针对该问题进行了故障定位、试验检测和分析。分析结果表明,导致该故障的的原因是产品经历的环境在产品内部建立了缝隙腐蚀和电偶腐蚀的条件。在长期的腐蚀效应下,生成的腐蚀产物将流体通道堵塞。

N_2O单组元微推力器高空模拟实验研究

在真空舱中进行了N2O单组元两种尺寸的微推力器的高空模拟试验研究,分析了微推力器设计参数对比冲等性能的影响。结果表明,两种尺寸微推力器的最大比冲分别为1.608 N.s/g和1.639 N.s/g,热损失、床载和床长对微推力器性能影响明显,存在最佳床载值、床载和床长的匹配。

单组元发动机——能量自给机器人的新型动力源

供能问题是目前制约能量自给机器人广泛应用和进一步发展的关键技术之一。在对能量自给机器人常规储能动力装置进行比较分析的基础上,阐述了单组元推进剂及单组元发动机的基本概念、释能方式和工作特点,并推导出单组元燃料做功能力的基本特征参数。随后,根据能量自给机器人动作行为的不同,综述了国内外正在开展的不同类型单组元发动机的工作原理和研究现状。结合前期开展的单组元发动机和内燃式液压自由活塞发动机的研究工作,指出了单组元发动机的深入研究所需解决的关键技术问题,认为单组元发动机是解决能量自给机器人供能问题的一种值得深入研究的新型动力源。

单组元推力器毛细管两相流影响分析

单组元推力器在工作过程中产生的高温向毛细管处传递,使毛细管内产生气液两相流动。随着推进剂流量的减小,气相组分将不断增加,并会产生明显的气阻。文章就气阻对推力器的影响进行了专题研究,采用FLUENT软件,基于体积分数模型和多相流控制方程,对84种条件下毛细管内两相流的分布情况和两相流对推力器毛细管压差的影响情况进行了数值模拟,并通过两种推力器热试车开展了毛细管内两相流对推力器燃压影响的专项试验。数值模拟结果和试验结果表明,在毛细管内径足够小时,毛细管内的两相流引起的气阻均会导致毛细管内部压降的突然变化,从而引起推力器燃压阶跃,燃压逐渐降低,并进一步影响推力,使推力逐渐下降。

硝酸羟胺基单组元发动机起动过程数值模拟

针对硝酸羟胺基推进剂单组元液体火箭发动机,通过对催化床进行拟均相假设建立了推力室的流动与传热模型。对硝酸羟胺基推进剂单组元发动机进行了起动过程和稳态工作过程的数值模拟。计算结果显示:数值模拟结果与试验结果符合较好;得到的稳态压力略高于试验值;推力室升压过程历经气体充填和催化室升温两个阶段,计算得到的初期升压速率快于实际情况;催化床承载了较大的压降,且压降对孔隙率敏感。

硝酸羟胺基单组元液体火箭发动机起动过程的模拟

无毒单组元液体火箭发动机是空间推进的发展方向之一。针对硝酸羟胺基单组元液体火箭发动机的起动过程,建立了零维模型、不考虑相变过程的仿真模型和考虑相变过程的仿真模型,并采用这些模型对60 N发动机进行了起动过程的模拟和对比分析。计算结果显示,推力室升压过程历经快速的气体充填和较慢的催化室升温两个阶段。零维计算模型和不考虑相变的CFD方法计算得到的两个阶段时长基本一致,但第一阶段时间显著低于试验结果,第二阶段时长与试验结果符合。考虑推进剂相变过程的模型计算结果与试验结果符合较好。一维计算得到HAN基推进剂在进入催化床约4mm的长度内完全分解。升压第一阶段受催化分解影响很大,HAN基推进剂的分解反应速率低于肼的分解反应速率。

单组元推进剂选择准则—肼和其它方案

单组元推进系统用于中型飞行器具有很多优点,其中包括工作系统简单、可靠性高、费用低等方面。最近着力于研究低毒性推进剂和电推进以替代肼推进系统,其中的许多方案已经充满希望。本文表明:对于许多飞行器来说,肼单组元推进系统仍然是一种理想的选择,正在进行的工作包括对肼推进系统简化设计,采用燃料加注车加注以减少费用,简化操作程序。本文还将研究各种折衷方案,在这些折衷方案中,肼推进以外的其它方案更合适。

一种绿色无毒单组元微推力器性能试验研究

为了获得研制的一种基于绿色无毒ADN基推进剂的单组元0.2N微推力器性能,对其进行了试验研究。通过真空加热试验,获得微推力器的温启动加热性能;通过高空模拟热试车试验,获得微推力器稳态和脉冲工况下,微推力器的推力、温度分布等参数,考察微推力器的启动性能、稳态、脉冲工作稳定性,研究微推力器工作过程中推力室、前室和电磁阀温度变化规律,通过1000s长稳态点火试验,验证了微推力器长稳态工作的稳定性。结果表明,3W加热功率实现了微推力器200℃的温启动要求,微推力器完成了系列稳态、脉冲考核程序,工作过程中微推力器推力稳定,启动响应快,推力室温度最高达到1016℃。试验证明了研制的0.2N微推力器在完成结构微型化的同时,实现了微流量下推力器稳定工作,微推力器额定真空比冲大于200s,性能优良,200mN推力量级微推力器的成功研制,将进一步拓展ADN绿色无毒推进在微推进领域的应用。

新型硝酸羟铵类单组元推进剂的研制和试验

一组对环境有利的新型单组元推进剂已被确定用于取代无水肼。这组新型单组元推进剂是以硝酸羟铵([N^+H_3OH]NO_3^-)为主要成份的混合物,适合用于推力室和燃气发生器。与无水肼相比,硝酸羟铵混合物密度和比冲比较高,冰点比较低。这组推进剂比较安全,因而降低了地面使用维护成本。美国宇航局路易斯研究中心正在研究硝酸羟铵推进剂的配方,并且设计用于小卫星的发动机。采用试验推力室和模拟飞行状态的推力室,对不同配方的硝酸羟铵进行了热试。推力室的结构材料与无水肼推力室的材料完全一样,只是催化剂不同。硝酸羟铵推力室稳态和脉冲工作数据表明,硝酸羟铵推进剂完全可以取代无水肼和冷气推进剂,用于空间飞行器和其它航天任务上。本文综述了目前有关硝酸羟铵推力室设计规范、推力室研制的进展情况、稳态和脉冲工作试验结果。另外,从推动目前单组元发动机的技术水平出发,提出了在推力室研制过程中所面临的一些具有挑战性的问题。

N_2O单组元微型推进器内参数敏感性的研究

对一种新型的推进剂 N2 O在催化剂床中的流动和传热传质进行了数值模拟研究。分析和研究了催化剂的孔隙率、长度、比表面积、传质 Sh对推进系统的瞬态及稳态性能的影响。结果表明 :推进系统的瞬态性能与催化剂的孔隙率和长度有关 ,稳态性能与催化剂的比表面积及推进剂在催化剂床内的传质 Sh有关。研究结果为进一步改善微型化学火箭内部结构、提高其推进性能提供了理论依据。

硝酸羟铵基无毒单组元推进剂应用探讨

介绍了现有硝酸羟铵基单组元推进剂的组成,并从催化分解性能、毒性、环境友好等方面对比分析了硝酸羟铵基单组元推进剂和肼单组元推进剂的差异,明确硝酸羟铵基单组元推进剂在高能无毒领域的优势,明确其后续的研究与应用方向。

典型单组元液体推进剂爆炸特性及爆炸冲击波传播规律

为研究目前火箭发动机中广泛使用的两种典型单组元液体推进剂的爆炸危险性,开展单推-3(DT-3)及无水肼爆炸效应的实验研究和理论分析。实验在获取DT-3及无水肼冲击波感度数据的基础上设计了样品的起爆方式,并在到爆心不同距离的点上测量了冲击波压力曲线,分别得到5 L、10 L推进剂样品在不同位置处的峰值压力和衰减规律。结合单组元液体推进剂自身特点和量纲分析法对其爆炸冲击波的传播规律进行初步探讨,并对5 L和10 L小药量的DT-3和无水肼开展爆炸冲击波当量评估研究。结果表明:在二次抛洒爆炸条件下,单组元液体推进剂的爆炸冲击波超压在传播过程中出现明显的双峰结构;以冲击波梯恩梯(TNT)当量作为爆炸效应威力的评估指标时,随着距离的增大,两种液体推进剂样品的超压TNT当量单调减小;冲击波超压在近区并不严格符合爆炸相似律,在评估其爆炸冲击波当量时需引入等效反应质量等概念进行修正。

单组元粉末发动机内流场数值模拟研究

为了研究粉末发动机的工作特性,建立了以火药颗粒为燃料的单组元粉末发动机理论模型,采用CE/SE方法对粉末发动机内流场进行数值模拟。分析了初始颗粒粒径、初始固相体积分数以及堵盖对粉末发动机燃烧过程的影响。计算结果表明:颗粒初始粒径的减小和固相初始体积分数的提高均能提高发动机燃烧室内的压力;固相体积分数对发动机内温度峰值影响不大;在点传火阶段,堵盖能提高点火压强,堵盖打开压力越大,增压越明显。

点火延迟对单组元自激式脉冲推力器的性能影响

点火延迟是脉冲推力器设计中需要考虑的重要因素之一。为研究点火延迟对自激式脉冲推力器的性能影响,以HAN基(Hydroxylammonium Nitrate)单组元推进剂为例,建立自激式脉冲推力器工作过程的仿真模型,分析了点火延迟时间的变化对推力器的压强、流量、推力及平均比冲的影响规律。结果表明,点火延迟会强化脉冲推力器的压强爬升过程,随着点火延迟时间的增大,一个脉冲循环中的推进剂燃烧持续时间和整个脉冲周期均会明显缩短,同时挤压腔压强峰值和燃烧室压强峰值以及推力器的平均推力水平也会显著升高,但点火延迟的变化基本不会影响脉冲周期内的平均比冲。点火延迟提供了一条调节脉冲工作特性的可能途径,研究点火延迟特性对自激式脉冲推力器的探索与应用具有重要的指导意义。

HAN基无毒单组元1N发动机设计研究

对硝酸羟胺(HAN)基单组元1N发动机的设计进行了研究。给出了发动机总体设计中喷注方式、催化床、支架、身部材料和控制阀等要点。介绍了发动机研制中突破的关键技术:采用3孔喷注器对流量进行均匀分配,提高发动机温起动次数,缩短响应时间;催化床分隔为前床和后床,分别使用不同直径大小的催化剂,减小空腔,提高发动机性能;挡板和分隔板应用耐高温铂铑合金材料,提高发动机性能和寿命。高空模拟热试车表明:设计的HAN基1N发动机可实现平稳点火,并获取了发动机的稳态和脉冲工作性能。发动机研制已完成了模样阶段并转入初样阶段,并被国内快响小卫星采用。

单组元300N发动机低温试验研究

为探究低温环境下单组元300N发动机的工作特性,揭示影响发动机低温性能的主要影响因素,以300N发动机为试验对象,开展了模拟飞行工况的发动机低温试验。给出了低温试验研究方法,分别从温度差异对发动机性能影响、催化剂活性差异对发动机低温启动特性影响和低温对电磁阀响应特性影响等方面获得研究结果。结果表明,低温是影响发动机低温性能的主要影响因素,-48℃条件催化剂无法完成推进剂的催化分解,发动机发生爆炸;-30℃条件下起活时间为80.5~87.5ms,发动机可正常启动,且启动温度与起活时间呈指数关系;催化剂批次差异也对发动机低温工作性能产生一定影响,不同批次催化剂低温起活时间的差异可达91ms;低温试验过程中,电磁阀的关闭受到低温推进剂粘性和背压的影响,产生了明显的迟滞现象,延迟时间约100ms,对发动机在轨的精准控制存在一定影响。