低温推进剂输送系统循环预冷非稳态数值模拟研究

针对某带引射装置的循环预冷系统,基于一维非平衡两流体模型,结合引射器模型建立采用交错网格与两步求解法,数值模拟并分析了整个自然循环(含引射增强)预冷非稳态进程,定量评价了循环流动特性、引射增强及预冷效果。数值模拟并探讨了循环预冷系统参数对预冷状态与过程的影响。

低温推进剂火箭发动机循环预冷试验研究

以液氮为工质 ,进行了低温推进剂火箭发动机循环预冷的试验研究。通过对试验系统的简单改变 ,以及操作步骤的不同调整 ,按回流管有无绝热、泵壳外覆盖不同厚度绝热层、回流管出口在贮箱液面以下或贮箱液面以上的各种组合 ,共进行了 6个状态的试验。通过试验 ,从原理上验证了自然循环预冷是可行的。同时 ,对循环预冷的一些影响因素进行了分析 ,并得到相关的结论 。

不同回流位置液体火箭发动机循环预冷回路特性

液体火箭发动机的循环预冷是复杂的传热过程并且受到很多因素的影响,回流口位置则是影响管路预冷效果的重要因素。为了研究不同回流位置对液体火箭发动机预冷效果的影响,文中采用一维均相平衡态流体模型,通过离散化方法分析了不同回流位置时循环预冷过程中泵体温度的变化规律及预冷管路中流体各参数的分布趋势,得出回流上升管出口最佳位置。

低温推进剂火箭发动机循环预冷方法研究

预冷是低温推进剂火箭启动前的一个重要操作。目前国内外使用的预冷方式主要有排放式预冷和循环预冷。我国在氢氧发动机上一直使用的是排放式预冷。与排放式预冷相比 ,循环预冷能使射前操作和地面设备得到很大程度简化 ,因此 ,开展循环预冷研究十分必要。通过预冷耗液和稳定状态下的自然循环计算对循环预冷进行了理论分析。耗液计算以经典热力学理论为基础 ,循环计算应用了数值方法。数值计算中 ,以一维均匀两相流模型为基本模型。最后 ,通过模拟试验对计算进行了验证。得到循环预冷优于排放式预冷的结论 。

低温液体火箭发动机自然循环预冷研究

液体火箭发动机自然循环预冷涉及复杂的流型转换及传热过程,并且受到很多因素的影响。采用一维均相平衡态流体数学模型,通过离散化方法分析了稳态时预冷管路中流体各参数的分布,研究了回流口位置、气枕压力及液体过冷度对液体发动机预冷性能的影响规律。计算结果表明,回流位置位于下封头以上4～6 m范围内为相对最佳,增大气枕压力和液体过冷度均对发动机预冷效果具有抑制作用。

基于自然循环预冷过程高效低温传热方法的初步研究

提出将自然循环预冷法与低温热管技术有机结合的设想,综合自然循环和低温热管的优点,可以实现连续、快速冷却,保证被冷却物体的温度波动较小,同时具有自反馈功能。详细介绍了基于自然循环预冷及低温热管的高效低温传热单元的设计及初步试验结果。给出了该低温传热单元在微机械(MEMS)电源开发中的应用实例。

低温推进剂火箭发动机循环预冷系统喷泉非稳现象的数值研究

通过数值模拟,分析了低温推进剂(液氧)火箭发动机循环预冷系统中喷泉非稳现象的过程与机理;计算分析了不同影响因素下的喷泉现象及行为规律;同时,参照针对竖直立管的喷泉失稳边界Murphy曲线,对比探讨了输送管几何与保温参数影响下的自然循环预冷回路的喷泉稳定性边界;进一步地,针对特定循环预冷回路,数值分析并验证了消除喷泉效应的有效措施。

液氢循环预冷泵用电机的研制

介绍了一种工作在液氢介质(-253℃)下的永磁同步电机,它是运载火箭发动机循环预冷的动力元件,驱动循环泵。电机与循环泵采用一体化结构,电机转子腔体浸泡在液氢介质中。对循环泵电机的主要结构,电磁设计及基本性能进行了研究,介绍了研制中的关键点,并通过液氮、液氢介质浸泡及运行试验进行研究,结果表明,电机能够稳定工作,性能满足液氢介质运行要求。该类型电机也可推广应用于其它低温环境。

循环预冷气液两相流压降特性及引射气等效研究

分析了液体运载火箭低温动力系统循环预冷的驱动力,总结了管路内气液两相流动压降的主要计算方法,深入研究不同工况垂直管路上升低温气液两相流压降各组成部分比例情况及影响因素,得到了气液两相流不同气体组分间压降等效转化关系,并利用计算模型与实验数据进行了对比验证,为低温动力系统循环预冷工程应用和仿真分析提供参考。

液体运载火箭低温动力系统注气式循环预冷过程的AMESim仿真研究

讨论了液体运载火箭低温动力系统起动前预冷的必要性和循环预冷方案的优缺点,分析了注气式循环预冷的基本原理和影响因素,建立并根据试验数据验证了基于AMESim的注气式循环预冷仿真模型。对不同工况液体运载火箭低温动力系统注气式循环预冷过程进行研究,部分工况获得了与文献试验数据较为一致的规律,并对注气式循环预冷过程伴随的增压下注入气体对贮箱气枕的影响、变过载对系统循环特性的影响和注入气体在贮箱与管路内行为特性等问题进行了分析与讨论。

引射循环预冷回流低温贮箱流动与传热特性研究

运载火箭贮箱内部流动与传热特性与火箭息息相关,中国新一代运载火箭氧系统普遍采用引射循环预冷技术。介绍了低温动力系统引射循环预冷过程中低温贮箱内涉及到主要物理过程,采用基于自由界面追踪的VOF模型,研究了引射循环预冷回流低温贮箱内气液两相流动与传热特性。结果表明:地面状态循环回流气液两相流对贮箱内相分布、温度、压力和速度具有显著影响,并进一步讨论了引射循环预冷工程优化原则,为相关工程应用提供指导。

氢强迫循环预冷的系统仿真研究

低温液体火箭发动机由于低温特性在起动前必须对发动机及其增压输送系统进行充分预冷。预冷方式很大程度上决定了一枚火箭射前操作程序的复杂性和推迟发射的适应性,具体选择哪一种预冷方式需要综合考虑。通过比较3种常见预冷方式的优缺点,给出了选取预冷方式需考虑的因素和准则。最后通过AMESim两相流库建立了氢循环泵强迫预冷模型,根据系统特性提炼了贮箱气枕压力、循环泵转速和氦隔离密封腔压力等3个影响预冷的因素。仿真结果表明,这3个因素对循环预冷的影响主要是通过改变循环泵出口压力与氦隔离腔密封压力差来实现的。越大的压力差越有利于达到发动机预冷条件。

基于AMESim的液体运载火箭低温动力系统自然循环预冷过程研究

中国新一代液体运载火箭低温动力系统普遍采用循环预冷技术,从而有效地实现节省推进剂预冷消耗量、简化火箭射前程序、增加预冷安全系数等功能。讨论循环预冷的基本原理和影响因素,建立基于AMESim的自然循环预冷仿真模型,对液体运载火箭低温动力系统自然循环预冷过程进行了研究,获得与文献试验数据较为一致的结论。

运载火箭液氢循环预冷无传感器控制系统设计

“长征五号”运载火箭的大推力氢氧发动机的氢系统采用循环泵驱动的循环预冷方案。永磁同步电机是循环泵的动力元件,采用无传感器矢量控制技术进行控制。介绍了液氢循环预冷控制系统设计方案,阐述了坐标变换和数学建模、空间矢量脉宽调制技术、无传感器控制技术的设计原理,对两种系统传输线缆设计进行了分析和对比。对振荡周期、液氮环境循环泵抖振、液氢环境电机失速等研究内容进行了仿真试验验证和系统级试验验证。仿真结果表明:采用无传感器矢量控制技术的循环预冷控制系统具有安装简单、转速调节灵活和负载波动适应能力强等优点。

预冷膨胀循环组合动力动态仿真分析

基于预冷膨胀循环组合动力(Pre-cooled Expander Combined Cycle,PECC)发动机,对各组件进行模块化建模,建立了组件动态模型库。通过对特定飞行轨迹与动压线飞行进行动态仿真,得到了PECC发动机不同工况下的动态特性,PECC发动机在各种工况下性能良好。动态仿真结果能够为之后的设计工作提供支持。

流程参数对丙烷预冷混合制冷剂循环损失的影响

在丙烷预冷的混合制冷剂循环液化流程热力分析的基础上,对流程进行分析,并分析了流程中天然气压力、丙烷预冷后天然气的温度、制冷剂进入压缩机时的温度和压力及制冷剂压缩机排气压力对流程各设备损失的影响.分析表明,压缩机的损失占整个流程损失的一半.提高天然气的压力、混合制冷剂压缩机进气温度、混合制冷剂压缩机进排气压力,降低预冷后天然气温度,均可降低整个流程的损失.

预冷组合循环发动机吸气式模态建模与性能分析

为了对预冷组合循环发动机开展性能分析,以协同吸气式火箭发动机(SABRE 4)为研究对象,采用部件法建立了发动机稳态模型,计算获得了SABRE 4发动机在吸气式模态下沿飞行弹道的性能参数变化规律。然后对发动机的高度和速度特性进行研究,得到了发动机的飞行包线。计算结果表明,在吸气式飞行弹道内,核心机推力和比冲的变化分别为488~680kN和34786~46954m/s。SABRE 4发动机具备推力大和比冲高的性能优势。在预冷器工作过程中,随着飞行马赫数增大,预冷器换热量不断增大,进入预燃室的氢流量减小,预燃室总温降低,HX3的吸热量减小。与其他压气机和涡轮相比,空气压气机和氦涡轮的工作参数变化较大。SABRE 4发动机通过对来流空气进行预冷,可实现在大空域和宽速域内工作。由于空气压气机的喘振和堵塞边界限制,发动机的高度和速度特性分别存在飞行高度和飞行马赫数的限制。

低温推进剂火箭发动机预冷方案研究

对国内外低温推进剂火箭发动机采用的排放预冷、自然循环预冷和强制循环预冷等预冷方案进行了综述。介绍了国内新一代运载火箭使用的新型低温液体发动机的预冷研究。对液氧煤油发动机预冷方案中推进剂类型、发动机所在子级、自然循环多因素综合等影响方案的主要因素,以及发动机预冷方案中的维护、沸腾传热与两相流数值模拟等关键技术进行了分析。

低温预冷管路流动及传热非稳态特性研究#

低温液体火箭发动机及管路循环预冷过程涉及复杂的流型转换及传热过程,直接影响发动机及其管路的预冷效果。为准确分析低温介质加注充填过程中循环预冷管路内部的流动及传热特性,建立了一维均相平衡态流体流动及传热数学模型,通过离散化方法分析了非稳态过程液氢预冷循环管路中流体各参数的分布,获得了低温介质充填过程管路传热变化规律及其影响因素。

液氧煤油发动机预冷系统回流管绝热影响分析

低温液体火箭发动机循环预冷受多因素影响,针对液氧煤油发动机自然循环系统回流管绝热条件对预冷效果的影响进行理论分析和试验研究,得到了有意义的数据和结论,对后续型号自然循环预冷系统设计提供了依据。