气动谐振管点火技术研究

为了发展液体火箭发动机的气动谐振管非电点火新技术 ,提出了一种新颖的组合喷嘴混气谐振加热方案 ,并介绍了所研制的氦气谐振热表面点火器和同轴氢氧谐振火炬点火器 。

气动谐振管加热振荡流动过程数值研究

为了了解气动谐振管加热现象的振荡流动过程 ,利用显式TVD MacCormark格式数值求解二维轴对称雷诺平均N S方程 ,获得了一个谐振循环中完整的喷嘴 谐振管系统的振荡流动湍流流场。结果表明 ,欠膨胀声速冲击喷流固有的流场不均匀性和不稳定性是谐振管加热现象产生的内在原因 ,激波耗散是谐振管主要的加热机理。

气动谐振管内压力振荡数值计算

为了研究气动谐振管内的加热现象 ,采用二维轴对称Euler方程组和显式MacCormack格式对谐振管内的非定常振荡流场进行了数值模拟 .针对不同压力的驱动气体进行了计算 ,得到了谐振管底端压力振荡时间历程以及谐振管内其它气动参数的变化规律 ,确认了谐振管内的压力振荡是由于激波和膨胀波交替进出谐振管引起的 ,而且与驱动气体的压力相关 .计算所得的谐振管底端压力振荡曲线与实验结果相一致 。

气动谐振管加热过程气体参数的测量与分析

实验研究了圆柱形、圆锥形和锥柱形三种结构形式的气动谐振加热管,采用高温高频压力传感器和灵敏度较高的温度传感器直接测量了谐振管加热过程中谐振腔底气体的压力和温度的时间历程。实验结果确认了谐振管加热的主要机理是激波振荡累积加热机制,而且表明谐振温升与管内气体压力振荡幅值有关,而谐振管压力振荡幅值与驱动气体压力有关;结构形式不同的谐振管,加热特性显著不同。实验结果有助于液体火箭发动机谐振管点火器的实际设计,而且可以用来检验数值模拟的正确性。

液体火箭发动机气动谐振点火技术的研究

基于对液体火箭发动机重复多次可靠起动的要求 ,气动谐振管的热效应可用来形成高温高能的点火源 ,对氢氧液体火箭发动机 ,研制了同轴氢氧谐振点火器 ,对包括氢氧推进剂的所有非自燃液体火箭发动机研究了氦气谐振热表面点火器。研究结果表明这种新型的气动谐振点火技术是结构简单、高可靠性、无毒、无污染的非电钝感点火技术 。

应用气动谐振点火的氢氧小发动机试验

将气动谐振点火技术应用于小推力氢氧火箭发动机的设计,通过分析不同混合比下的比冲和燃气温度,确定了氢氧小发动机的总体参数,开展了在不同工况下点火器的单独试验,氢氧小发动机的全系统试验以及小发动机脉冲起动试验。研究结果表明,氢氧小发动机可以实现多次重复起动,结构完好,性能稳定,验证了应用气动谐振点火技术氢氧小发动机的可靠性及方案的可行性。

气动谐振加热现象的数值分析

为了进一步研究气动谐振加热的机理,采用SIMPLEC方法求解二维轴对称雷诺平均N-S方程,对喷嘴一圆柱形两端开口管系统和喷嘴—圆柱形谐振管系统进行了数值模拟。并对气动谐振过程中加热结果进行了分析,对该过程进行了合理物理描述。

圆锥形谐振管的谐振性能研究

在液体火箭发动机气动谐振点火技术中,圆锥形谐振管因气体谐振加热温度高、加热速度快而受到重视。文中利用Whitham规则,从理论上分析了在圆锥形管中振荡气体的压强和温度特性。因为圆锥形谐振管对激波有增强作用,所以在相同条件下,圆锥形谐振管中气体压强的振荡幅度和加热温度、速度都要高于圆柱形谐振管,因而圆锥形谐振管加热性能比圆柱形谐振管好。

塞式喷管发动机多管点火方案的研究

塞式喷管发动机点火系统应能同时为十个以上独立的小燃烧室提供充足的点火源 ,在主推进剂进入后能继续维持燃烧。文中给出了三种点火方案。利用爆震波只需较小的电能输入即可同时点燃塞式喷管发动机的多个燃烧室 ;用气动谐振点火器无需外部能量输入即可实现多管点火 ;小燃烧室的电火花塞点火能将小燃烧室喷出的火炬用于塞式喷管发动机的多管点火。

圆喷嘴气动谐振性能研究

对不同尺寸的圆喷嘴的自由射流尾迹的流场结构进行了分析,得到了激波位置随喷嘴直径以及喷嘴入口压力与环境压力之比的变化关系.其与圆柱形谐振管以及锥柱形谐振管组成的喷嘴-谐振管系统的数值模拟结果表明:喷嘴-谐振管系统能够产生强烈谐振的条件是谐振管入口的位置处于喷嘴自由射流流场的膨胀波区域内,若处于激波区内则无法产生谐振,与试验结果相吻合.通过对不同直径的喷嘴的谐振性能的比较,得到了最佳的喷嘴与谐振管的匹配.