可调汽蚀文氏管调节精度影响因素的动态仿真

面向工程应用研究了可调汽蚀文氏管调节精度的影响因素,采用FLUENT中的Schnerr-Sauer混合流体空穴模型,对设计的可调汽蚀文氏管流量线性度、内部流动特性进行了动态条件下的数值模拟,并研究了偏心和反向运动对调节精度的影响。结果表明:可调汽蚀文氏管由于调节锥初始运动阶段并未进入喉部,导致汽蚀段长度增加从而降低精度;流量线性度在运动初期受节流面影响而降低,百分比流量在12%~70%范围内线性度最好,精度最高;流量变化速率对汽蚀文氏管调节精度影响在5%以内;调节锥偏心0.02 mm和0.05 mm时对汽蚀区长度调节精度影响在20%以内,而0.10 mm偏心时提高至40%,此时渐扩段汽蚀区产生偏移,压力分布不均,上侧增大而下侧降低,从而导致压力振荡;不同偏心值对喉部流量调节精度影响均在4%以内;调节锥反向运动会由于初始汽蚀段长度过短导致汽蚀特性减弱,汽蚀区变化速率减缓,流量调节精度影响在3%以内。

三种空穴模型在可调汽蚀文氏管数值模拟中的对比研究

采用Singhal et al,Zwart-Gerber-Belamri,Schnerr and Sauer三种空穴模型,结合Mixture多相流模型,对不同开度下的可调汽蚀文氏管进行了数值模拟,并将计算结果与试验数据进行了对比分析,讨论了计算模型的适应性。研究结果表明三种数值模型均能模拟可调汽蚀文氏管的内部流场,计算结果与试验结果具有较好的一致性且随着开度的增大计算精度提高。相比较而言,Zwart-Gerber-Belamri空穴模型计算精度较高,收敛速度较快,而且能够捕捉到相变过程中的温度变化,是一种较为实用的可调汽蚀文氏管的数值计算模型。

汽蚀文氏管内部空穴两相流动数值计算与试验比较

在某低温液体火箭发动机汽蚀文氏管内部空穴流动现象分析的基础上,建立了空化泡动力学模型,基于FLUENT软件进行汽蚀文氏管内部气液两相流的数值模拟,数值模拟介质分别为水、液氢和液氧,并将模拟结果同水调试验和试车数据进行比较。结果表明,数值模拟的技术应用为汽蚀文氏管的设计奠定了理论基础。

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.

以N_2O为工质的汽蚀文氏管流场仿真

为得到N2O在汽蚀文氏管中的汽蚀流场分布,以实际气体状态方程和完全汽穴模型为基础,求解两相混合物流动的控制方程组.针对N2O的特点,对三种不同工况下文氏管的汽蚀流场分别考虑汽化热和不考虑汽化热进行了仿真,并对两种计算结果进行了对比分析.考虑汽化热计算得到的汽蚀区比不考虑汽化热计算得到的要小,而且汽蚀区及周边温度有明显的变化,计算结果更加真实合理,说明了考虑汽化热计算的必要性和正确性,对汽蚀文氏管的设计有一定的指导作用.

水冲压发动机地面直连试验技术研究

建立了垂直进水的水冲压发动机地面直连试验系统。采用垂直进水方式,消除了进水冲量对轴向推力的影响。通过在进水管路上安装汽蚀文氏管,解决了发动机试车过程中流量不稳的问题。基于含镁量50%的固体推进剂,对某型水冲压发动机进行了两组不同水燃比的地面直连试验,试验过程中采集了发动机燃烧室压强、进水流量和发动机推力等数据。对两组试验数据的燃烧效率和比冲分析表明,水燃比的适量增加,有助于发动机性能提高。该试验结果符合之前的理论预估,证明了水冲压地面直连试验技术的有效可行。

低温流量控制系统试验研究

低温可调汽蚀文氏管是低温流量控制系统的关键部件,本文选用步进电机控制调节针锥的位移。通过大量冷态试验,在大范围变化工况、变化喉部面积及变化背压条件下,利用水对低温流量控制系统进行研究,得到了流量系数、压力恢复系数的变化规律。利用液氧标定,对冷态试验结果进行修正。并将低温流量控制系统用于三组元模型发动机热态试验中,成功实现了流量调节和工况转换。

用于火箭发动机的低温流量控制系统建模及动态特性分析

低温可调汽蚀文氏管是流量控制系统的关键部件,文中选用步进电机控制调节针锥的位移。通过建立步进电机的动力学模型,研究了步进电机的调节速度和调节精度。汽蚀时的流量是几何结构一定的文氏管所能达到的最大流量,文中以此为标准判断文氏管是否汽蚀,并考虑低温的影响,建立了文氏管汽蚀状态和非汽蚀状态下统一的动力学模型。对流量控制系统进行仿真,仿真结果与试验结果的比较,验证了模型的正确性。并利用动力学模型,研究了流量控制系统抗背压波动以及流量调节的能力。

一种流量调节器的设计与试验研究

为保证输送系统流量供应的稳定性和准确度,设计了一种新型可调汽蚀文氏管并提供了设计思路,其具有设计简单、线性度好、流量调节范围广等优点。通过理论分析,对该新型可调文氏管的流量计算公式进行了推导,获得流量与行程的关系式。最终选用较小的针锥全角、较大的喉部直径、截断针锥等操作,有效地提高了可调文氏管的线性度。对该可调文氏管进行了水试试验,通过不断调整针锥行程,获取了流量与针锥行程的对应关系。试验结果表明,本文设计的可调文氏管满足10:1的流量调节比要求,同时在超大流量调节比下依旧能够保证较好的线性度,可以作为流量调节器。

嫦娥三号探测器7500N变推力发动机研制

为实现空间飞行器轨道机动、交会对接、星际软着陆等任务,采用具有大范围推力调节能力的变推力液体火箭发动机是比较理想的方案.嫦娥三号探测器采用的7500 N变推力发动机,为我国首台大范围变推力发动机,可按照飞行器的控制指令,准确、快速、无级地改变推力,来实现探测器的中途修正、近月制动及月面软着陆任务.介绍了7500 N变推力发动机的研制情况,包括发动机技术方案、关键技术攻关以及试验验证情况,试验验证和飞行情况表明,发动机设计合理、性能先进、工作可靠.