民用发动机推力表单建立方法

推力表单是民用发动机在不同飞行条件,不同推力等级下(起飞、最大连续、最大爬升和最大巡航)推力表征参数的表单,它的目标是在稳态条件下实现对推力的精确控制,它直接反映了发动机的实际控制策略,是发动机实现推力管理和飞机实现推力管理的先决条件。

变推力液体火箭发动机研究进展

液体火箭发动机通过将液体推进剂化学能转化为动能,作用在发动机上产生推力,是大型运载器的助推级、一级、二级、上面级及各类空间飞行器常用的动力装置。近年来,随着航天技术的发展,空间探索与空间战略资源竞争更加激烈,2022年全球航天发射次数创新高。值得注意的是,仅美国太空探索技术(SpaceX)公司就执行了61次发射,发射次数接近我国火箭发射总次数,“灰背隼”(Merlin)系列发动机再次受到关注;同时,国际航天界也迎来了深空探测成果井喷期,大范围变推力发动机技术作为探测器月面软着陆主要技术支撑,引发了新一轮变推力液体火箭发动机技术研究热潮。

针栓式变推力火箭发动机内流场数值仿真研究

发动机推力室的工作过程直接影响到发动机的性能,在设计过程中,从理论上分析推力室内的燃烧流动过程具有非常重要。通过数值仿真,可以大大缩短发动机的研制和改进设计周期,减少研制经费。针对自燃推进剂针栓式变推力液体火箭发动机燃烧与流动的特点,借助CFD计算软件FLUENT,采用标准k-ε湍流模型及有限速率化学反应模型,对采用针栓式喷注器的变推力液体火箭发动机的推力室喷雾燃烧过程进行了数值仿真。计算结果得到了压强分布,温度分布,生成物的摩尔分数分布,粒子轨迹分布、流强、混合比分布以及流动马赫数分布等,并对流场结构和影响发动机性能的喷注器参数进行了分析。数值计算结果可为变推力发动机喷注器和推力室的设计和优化提供参考。

单室双推力固体火箭发动机用NEPE低燃速推进剂的燃烧性能

开展了AP含量、粒度和HMX粒度、胺类化合物、有机化合物RTA和RTJ对推进剂燃烧性能的影响研究,并对RTJ/RTA组合催化剂在推进剂中的作用机理进行了初步分析。结果表明,配方中加入RTJ/RTA组合催化剂,实现了降低4、17.5 MPa燃速的同时降低低压段、高压段压强指数,通过DSC研究表明,RTJ/RTA对AP的分解有抑制作用。通过合理调节AP/HMX的相对含量、AP粒度和HMX的粒度以及采用RTJ/RTA组合催化剂,得到了固体含量为80%的低燃速配方。

液氧煤油高压补燃循环发动机深度变推力系统方案研究

鉴于重复使用运载器对动力系统的技术需求,以我国新一代运载火箭主动力液氧煤油高压补燃循环发动机为研究对象,建立了多参数、非线性以及强耦合的发动机系统仿真平台。在分析国内外变推力液体火箭发动机技术特点的基础上,根据液氧煤油发动机单路推力调节的仿真结果,首次提出了发生器燃料路流量调节器调节、主涡轮前燃气分流以及氧化剂主路节流等相结合,并辅助以气体乳化提高喷注器压降的组合深度推力调节方案。仿真结果表明:发动机推力调节能力可达10:1,且能实现多次点火起动,具有性能高、调节范围大的优点。

小推力发动机高空羽流场数值模拟

以小推力发动机的高空羽流场为研究对象,完成了氮气流的DSMC方法数值模拟研究,对计算方法的可靠性进行了实验对比验证,分析了高空羽流场特性及高空稀薄流动的非平衡效应.结果表明,用DSMC方法与加密网格技术结合可有效模拟高空羽流场,且必须计及气体非平衡效应.皮托压力的数值结果与实验符合得很好.

泵压式液体火箭发动机变推力方案选择

简述了泵压式变推力液体火箭发动机的现状和应用前景,提出了几种泵压式发动机推力调节方案,分析了各方案的优缺点,阐述了系统方案选择须重点考虑的几个方面.以某泵压式发动机为模型发动机,利用系统参数平衡仿真计算结果,对各种调节方案综合分析,确定了可行的系统调节方案,可用于指导模型发动机的工程研制.

涡流阀变推力发动机涡流室涡流结构分析

为了研究涡流阀变推力发动机涡流室流动,利用建立的径向压强测试实验装置和三维数值计算模型,进行了涡流室压强分布和涡流结构的研究,获得了涡流室径向压强分布及涡流室旋涡结构。研究结果表明,涡流室内压强分布呈现出中心较小区域变化剧烈,而其余大部分区域变化不明显的现象;流场中心区域存在涡核结构,减小了喷管有效喉部面积,即实现推力调节的有利因素。研究获得计算模型及结论为后续开展涡流阀变推力发动机调节机理分析提供了支撑。

变推力发动机仿真计算分析

分析了变推力发动机采用的双调模式,用流量调节器控制推进剂流量,流量定位针栓式喷注器控制喷注压降,保证喷注速度基本不变。根据发动机系统特点建立了主要组件的数学模型,并根据模型进行了仿真计算,最后对发动机前管路流阻影响进行了分析。

高空舱内次流与真空度对发动机台架测量推力影响的分析

通过高空舱内冷却空气流动与高空舱内外压差对发动机测力系统作用的分析,阐明了高空舱内次流和真空度对发动机台架测量推力影响的作用机理和本质差异,并从理论上论证了次流作用和真空度作用对测量推力影响的试验确定方法。

考虑发动机推力影响的机翼颤振分析

发动机安装在机翼上时,其推力具有典型的随动特征,并对机翼颤振产生重要影响。基于有限元分析软件MSC/Nastran的DMAP开发,提出了一种考虑发动机推力和几何非线性影响的机翼颤振分析方法。作为验证,分析了推力对某高空长航时飞行器机翼颤振速度的影响,与已有结果吻合良好。对一带有两个发动机的复杂机翼结构进行了结构建模和颤振分析,重点分析了推力大小及作用位置对颤振速度的影响。结果表明,发动机的推力效应在颤振分析中是不应忽略的。

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。

大推力发动机高温隔热屏设计及优化研究

以卫星用大推力发动机高温隔热屏为研究对象,根据传热机理建立了其瞬态传热模型。对不同边界温度条件下高温隔热屏的瞬态传热过程进行数值仿真,且经对比,仿真计算出的隔热屏温度值与试验结果吻合良好,验证了模型的准确性和适用性。利用该模型设计了某卫星高温隔热屏,并分析了隔热屏覆盖层发射率、反射屏发射率、比热容等对隔热屏瞬态隔热性能的影响。研究结果为隔热屏的设计和优化提供了依据。

大推力发动机在轨羽流热效应监测与反演方法

为了获得相对准确的大推力发动机在轨真实羽流热效应数据,提出了一种在轨羽流热效应监测与反演方法,并将其应用于嫦娥四号着陆器.该方法突破400℃宽温区对400 kW/m2短时超高羽流热效应进行精确监测的技术,获得发动机周边温度数据,建立发动机羽流到达目标表面的反演模型.反演结果与嫦娥四号着陆器在轨实测结果一致,验证了该方法的正确性.该方法反演所得羽流热效应数据,可为后续月球着陆器热防护设计提供参考.

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。

压力指数对固体火箭发动机推力调节影响分析

结合固体火箭变推力发动机的结构特点,介绍了喉栓式变推力发动机的调节机理,完成发动机结构及数学模型的建立。并且对影响发动机调节的主要因素压力指数进行了详细分析。通过对正压力指数推进剂、负压力指数推进剂进行了分析计算和对比,获得推力调节对推进剂压力指数的要求及研究方向,对固体变推力发动机的进一步深化研究起到指导作用。

大推力液体火箭发动机结构中的力学问题

依据大推力液体火箭发动机工作时极端的力热环境状态,阐述分析了大推力发动机强振动、大静载、多源激励和传递路径复杂的力学特点.静力学方面介绍了整机结构载荷分析和组件静力学分析方法,动力学方面介绍了整机低频模型、精细化动力学修正、多源载荷等效等问题的研究情况.针对发动机典型的部件,梳理了大推力发动机研制中面临的力学挑战,包括高温高压燃气摇摆装置、转子动力学、动静干涉流体激振、诱导轮汽蚀振荡、大范围轴向力平衡、超音速涡轮颤振、推力室热疲劳、喷管侧向力载荷、总装管路疲劳断裂等问题,指出了力学需求和未来研究方向.最后对发动机结构概率失效分析的现状进行了简要介绍,为大推力液体火箭发动机研制提供力学支撑.

火箭发动机推力试验装置应用范围研究

提出并研究火箭发动机推力试验装置应用范围扩大问题,即推力试验装置如何适用于推力远远小于试验装置额定负荷能力的发动机的推力试验。指出并研究了其中关键技术问题,包括试验装置机械结构与发动机的安装与配合、减小测力误差和原位校准的实现。建立了有关力学模型,分析了测力误差产生原因,并提出和论证了解决措施。研究结果表明,通过合理的设计,火箭发动机推力试验装置基本上可以用于推力小于试验装置额定负荷的任何规格的发动机的推力试验。

喉栓式推力可调发动机喷管流场数值模拟

对喉栓式推力可调固体火箭发动机喷管流场进行了数值模拟,并对喉栓型面进行了过程优化;针对喉栓不同作动速度和自由容积,分析了流场内各参数的变化;进行了非同轴喉栓发动机试验研究。计算结果表明,细长锥型喉栓总体性能最优;发动机压强建立过程与喉栓作动速度和自由容积关系密切;模拟结果与试验数据差别不大,可为喉栓式推力可调固体火箭发动机的研发提供参考。

飞机起飞性能计算中发动机推力确定方法的改进

为准确计算飞机起飞滑跑距离和起飞航迹,应用数值插值方法,对起飞性能计算中发动机推力的确定方法进行了改进,提出以发动机推力曲线图所给推力为基础,利用分片双二次插值函数法确定发动机推力。基于改进算法对某型飞机发动机推力和起飞航迹进行了实际计算,计算结果表明,改进后的方法比原有方法更准确。