罗茨式三组元比例控制器的仿真研究

三组元比例控制器是水下热动力能源供应系统的关键组件,其配比精度的高低,对推进剂能效的发挥起着决定性的作用。对罗茨式比例控制器,其比例控制精度主要受每路流体泄漏量的影响。通过对罗茨式三组元比例控制器的力学和泄漏量分析,建立了罗茨比例控制器的数学模型,在MATLAB环境下,对其工作过程进行了数值仿真,获得了诸如面积利用系数、定子内径、叶轮总高度以及端面间隙等重要参数的变化规律,并分析了这些参数变化对比例(控制)精度的影响,为其研制提供了理论依据。

孔板对三转子式比例控制器影响的试验研究

为减少比例控制器三路入口压力差异对其配比精度的不利影响,设计3款节流孔板分别加装在三转子式比例控制器的三路入口,试验研究定流量、变流量和三路入口压力差异工况下节流孔板对三转子式比例控制器配比精度的改善效果。结果表明:定流量工况下,比例控制器加装孔板后各流量工况点间的配比比例更为接近;变流量工况下,比例控制器的配比比例较为稳定,其加装孔板后更加接近理论设计值;三路入口压力差异对比例控制器的配比比例具有显著影响,其加装孔板后配比精度明显提高,有效削弱了入口压力差异带来的负面影响。研究成果为进一步提高三转子式比例控制器的配比精度提供了新的思路和方案,也为其工程应用推广奠定了技术基础。

三转子式比例控制器设计与内泄漏分析

为满足鱼雷热动力系统三组元推进剂高配比精度的要求,基于三转子流量计的工作原理提出三转子式比例控制器,研究其工作时各零部件之间的配合关系,推导配合间隙泄漏量的理论公式,计算不同配合间隙下的理论泄漏量,以此为基础对研制的工程样机进行试验测试。结果表明:所推导的内泄漏量理论公式有助于设计各零部件之间的配合间隙,当三转子式比例控制器配合间隙小于0.02 mm时其理论配比精度才能满足设计要求;定流量工况下三转子式比例控制器样机的配比精度在2.03%以内,验证了配合间隙泄漏量公式的准确性。研究成果为研制新型、高配比精度的比例控制器提供了新方案,有望进一步提升水下热动力系统的品质。

三组元比例控制器内流场的数值模拟

运用计算流体力学软件CFX对三组元比例控制器内的三维粘性流场进行数值模拟,计算在不同注入流量、不同入口尺寸及是否有混流段等多种情况下三组元比例控制器的内泄漏情况,并对流场进行分析。研究了内泄漏量与注入流量、入口尺寸及有无混流之间的关系,得出了这几种情况对内泄漏的影响规律,为三组元比例控制器的比例控制精度的优化提供必要的参考。