PI控制的电动泵增压变推力火箭发动机系统仿真

基于电动泵增压变推力火箭发动机系统方案,构建了系统仿真模型,分析了不同工况启动过程的动态特性。同时根据变推力需求,设计了液氧路和甲烷路的电动泵质量流量PI控制器,对比分析了PI控制器对变推力过程中重要参数的影响。仿真结果表明:在启动过程中,甲烷质量流量、混合比和燃烧室温度在0〜1 s之间出现了不同程度的振荡和超调;同时,不同工况启动时,甲烷流量稳定时间存在差异,工况越大,流量达到稳定所用时间越短;电动泵质量流量PI控制器能够有效减小混合比和冷却后推力室壁面温度的超调,同时还能一定程度上抑制冷却通道内气体分数的高频振荡。PI控制器作用下启动过程混合比超调下降了约75%,而推力室壁面最高温度降低了约7 K。

针栓式变推力火箭发动机技术现状与发展探索

随着人类探索太空活动的逐年增加,发展变推力推进技术的重要性愈发明显。本文综述了使用针栓式喷注器的变推力液体火箭发动机国内外的发展现状与趋势,分析了发展针栓式变推力液体火箭发动机亟需解决的关键技术,最后提出适合我国国情的变推力液体火箭发动机技术的发展设想。

一种大范围变推力液体火箭发动机控制器的设计及实现

提出一种大范围变推力液体火箭发动机的数字控制方案。首先设计了基于高低压转换方法的电磁阀加速驱动电路,并将μCOS-Ⅱ嵌入式操作系统移植到80C196KC单片机上;其次通过调参加死区补偿的控制方法,实现了发动机推力的大范围调节。半物理仿真结果表明,所设计系统的调节时间小于60ms,稳态误差不大于5%,能够满足系统的控制要求。

喉栓式变推力固体火箭发动机内弹道调节特性

发展了一套电动伺服驱动的喉栓式变推力固体火箭发动机试验系统,研制了喉栓式变推力固体火箭发动机,进行了喉栓式变推力固体火箭发动机内弹道调节特性试验。试验研究表明,耐烧蚀喉栓的轴向运动可实时调节发动机内弹道特性,目前已实现压强的四级调节;发动机内弹道变化相对喉栓运动有一定延迟,但其延迟可为工程所接受。

双组元变推力液体火箭发动机的比冲特性

变推力液体火箭发动机可以增大工作适应性和可操作性。对变推力发动机要求在变推力时具有高的比冲、稳定可靠和需要的响应特性。本文讨论了双组元变推力液体火箭发动机比冲的影响因素和在变推力情况下获得尽可能高的比冲的关键技术,介绍了登月舱下降发动机 LMDE 的比冲特性。

控制流参数对涡流阀变推力固体发动机性能的影响

以涡流阀变推力发动机为研究对象,利用涡流阀变推力发动机实验系统以及三维数值模拟,研究了控制流压强、流量、速度以及温度对推力调节性能的影响。研究结果表明:在其他条件一样的情况下,提高控制流的温度能够提高发动机的推力调节比;提高控制流的流量会增加发动机的推力调节比;提高控制流的速度有利于提高发动机的推力调节比。

变推力固体火箭发动机战术导弹弹道优化研究

在给定发射初始条件、目标逃逸方式及控制律条件下进行了导弹性能仿真,给出了采用变推力固体火箭发动机的战术导弹最大发射弹目距离和变推力固体火箭发动机二级推力所对应的关系,形成了仿真条件下的变推力发动机控制律,丰富了采用变推力发动机的导弹制导律设计维数,并分析了发动机二级推力调节对弹道设计的影响,对采用变推力固体火箭发动机的导弹弹道优化设计具有一定的指导意义。

双调变推力液体火箭发动机的喷注器结构对燃烧效率及稳定性之影响

针对双调变推力液体火箭发动机研制过程中所使用过的二种不同结构的喷注器 ,在实验的基础上 ,定性地分析了它们对燃烧效率 φc 及稳定性的影响 ,并就双调发动机研制过程中出现的燃烧效率过高及燃烧不稳定现象作了初步探讨。

变推力液体火箭发动机中针栓喷注器研究综述

为总结变推力液体火箭发动机中针栓喷注器的研究成果和梳理未来的发展方向,本文综述了该领域的研究进展。首先介绍了针栓喷注器的基本概念和研究意义,然后从设计原理、工程研制、雾化特性和燃烧特性等方面介绍了针栓喷注器的研究历史和现状,最后展望了针栓喷注器的发展趋势及需要研究的一些科学问题。分析表明,液液针栓喷注器、气液针栓喷注器的雾化特性和燃烧特性都还需持续开展研究。雾化特性中特别需要关注的是雾化角、混合特性和下漏率,还要探索针栓喷注器在反压下的雾化特性。燃烧特性中需要深入研究温度分布、火焰结构和燃烧稳定性。

变推力液体火箭发动机推力调节技术研究综述及发展趋势

系统梳理了国内外变推力液体火箭发动机调节控制技术的研究历程及研究现状,并结合我国航天动力研究基础,指出通过在主系统或副系统管路上设置液体或燃气流量调节装置、通过可调结构的针栓式喷注器同步对流量与压力进行匹配调节仍然是实现大范围变推力调节的两种主要手段;分析了变推力液体火箭发动机推力调节的关键技术及其解决途径,预测了未来一段时期内变推力液体火箭发动机及其调节技术发展趋势,提出了若干适合我国国情的研究建议,为我国低成本、可重复使用天地往返运输技术的发展和有关研究者开展研究工作提供一定的参考。

液氧甲烷膨胀循环变推力发动机系统方案对比研究

当前对液氧甲烷膨胀循环变推力火箭发动机的研制难点和关键技术认识不够清楚,尤其是在大变比推力调节方案方面。基于整个发动机系统,采用理论计算方法,探讨甲烷膨胀做功能力以及变推力调节方案可行性。分别给出了单涡轮系统方案和双涡轮系统方案,首次给出了不同工况下详细的系统状态参数分布,进行了对比分析,并探讨了甲烷做功能力随室压的变化规律。研究结果表明,甲烷做功能力随着室压的减小呈现先减小后增大的趋势,单涡轮和双涡轮系统方案均能够实现大范围推力调节;相比单涡轮方案,双涡轮方案能够更好地保证混合比,且甲烷气体做功能力利用效率更高,氧涡轮和燃料涡轮功率变化范围较窄,涡轮所处环境较为缓和,因此双涡轮系统方案具备一定优势。

著名航空、火箭发动机专家——陈启智教授

陈启智教授现任国防科技大学校长,是火箭发动机专业博士生导师、国际宇航科学院通讯院士、中国宇航学会常务理事、中国航空学会理事、航空动力专业学会副主任、航空动力学报副主编、湖南省宇航学会理事长。陈启智教授长期从事于航空发动机和火箭发动机方面研究工作,擅长于发动机内部工作过程和控制,开创性地将控制理论运用于分析和设计液体火箭发动机,取得了公认的显著成果。他主持研制的“多次起动的液体双组元变推力火箭发动机”

线性可调汽蚀文氏管设计与数值仿真研究

可调汽蚀文氏管是变推力火箭发动机实现推进剂流量和推力大范围调节的关键部件.在设计线性可调汽蚀文氏管模型的基础上,采用基于Rayleigh-Plesset方程的混合流体模型,进行了相关的数值分析.计算结果表明:设计的线性可调汽蚀文氏管可以实现流量的大范围调节,并且流量与调节锥行程呈线性变化关系,满足设计要求.

一种月球软着陆优化方法

提出了一种用变推力火箭发动机实现月球定点软着陆轨道的优化方法。在软着陆加速度线性变化条件下,给出了位置速度状态参数以及推力加速度、推力和秒流量的计算模型,通过调整总飞行时间和着陆点位置实现了燃料消耗最小的优化。该法简单,易于工程化,适于用变推力火箭发动机在月球上实现定点软着陆的任务。算例证明了此法的可行性和有效性。

结构参数对可调节针栓喷注器喷雾特性的影响

为揭示结构参数对可调节针栓喷注器喷雾特性影响规律,综合采用高速摄影和Malvern技术,对液/液针栓喷注器进行雾化试验,分析阻塞比、套筒扩张角等结构参数对流量系数、喷雾锥角和SMD等指标的影响。试验结果表明:阻塞比和套筒扩张角对流量系数影响较大;动量比相同时,阻塞比对喷雾锥角、SMD及空间分布影响较为显著,是由于局部动量比改变所致,阻塞比越大,喷雾锥角越小,SMD越大;喷雾越往下游发展,SMD越小;套筒扩张角会对喷雾锥角、SMD产生影响,套筒扩张角越大,喷雾锥角越小,SMD越大,套筒扩张角降低至小于90°时,SMD会明显降低。通过上述结果可以发现,在一定的动量比下,采取氧化剂中心式针栓喷注器适当增大、燃料中心式针栓喷注器适当减小阻塞比和套筒扩张角的方法,可获取合适的喷雾空间分布和滴液尺寸,实现喷雾雾化性能的提升。

针栓式喷注器锥形液膜破碎特性试验

采用高速摄影获得了针栓式喷注器在不同喷注压降和结构参数下的表面波破碎图像,测量了锥形液膜的破碎长度和破碎时间,研究了变工况时液膜破碎长度和破碎时间的变化规律.试验结果表明:在喷注压降不变的条件下,针栓式喷注器能够实现流量的线性调节.针栓式喷注器设计时,在合理的推进剂动量比范围内,狭缝宽度应尽量取小.液膜在低工况时破碎得更快.液膜破碎长度和破碎时间均随喷注压降的增加而减小.

气液针栓喷注单元雾化角模型

为了准确预测气液针栓喷注单元的雾化角,基于动量守恒建立了液束撞击气膜的雾化角理论模型,通过试验结果获得变形因子,并分析了结构参数和工况参数对雾化角的影响规律。结果表明:局部动量比对雾化角影响最大,其他结构参数和工况参数都是通过影响局部动量比而进一步决定雾化角;随着局部动量比增大,液束变形程度减小,液束变形导致有效撞击动量比小于几何动量比。根据试验结果分段给出了变形因子,当局部动量比范围为0~3时,变形因子推荐值为0.61,当局部动量比范围为3~4.5时,变形因子推荐值为0.70,当局部动量比范围为4.5~7.2时,变形因子推荐值为0.75,引入变形因子的理论预测值与试验结果吻合很好,该模型可为气液针栓喷注器的理论研究和工程设计提供参考。

节流水平对气液针栓喷注单元雾化特性的影响

为了分析气液针栓喷注单元雾化特性和雾化机制,采用背光成像技术和相位多普勒(PDA)系统进行试验研究,获得了雾化模式、体积流量分布、索泰尔平均直径(SMD)分布和速度场随节流水平的变化规律。结果表明:气液针栓喷注单元雾场形态为扇形雾场,雾化模式为剪切破碎。体积流量沿径向呈单峰形分布,随着节流水平降低,雾场外缘向中心收缩。SMD沿径向呈现递增规律,雾化最好的区域分布在雾场中心和两侧。SMD随节流水平增加而增大。当动量比不变时,节流水平对SMD的分布范围影响很小。针栓头部下方的中心回流区轴向尺寸随着节流水平降低而减小。