过滤结构对贮箱增压用燃气发生器输出性能的影响

针对某液体姿控发动机贮箱增压用低燃温燃气发生器,开展了内部过滤结构对其输出性能影响的试验研究。试验验证及结果分析表明:燃气发生器内部压强曲线的升高是由贮箱与过滤结构的共同影响造成的;即使贮箱反向压力不超过喷管临界压强,但在反向压力作用下药剂燃烧产生的固体残渣更易堵塞过滤层成为二次喉道,使燃气发生器内部工作压强依然持续升高;在满足燃气洁净度及降温吸热的前提下,采用低燃温复合推进剂的贮箱增压用燃气发生器的过滤层相对密度不宜超过0.45。

低温推进剂贮箱增压过程的传热传质数学模拟

针对火箭发动机地面试验中低温液氧贮箱的预增压和增压过程建立了气相空间的传热、传质数学模型。运用实际气体的状态方程、连续性方程、能量守恒方程以及推进剂与气相空间的传热、传质方程等组成了关于气相空间参数的微分方程组,并运用四阶Runge-Kutta算法对其进行求解。获得了气相空间的压力、温度、增压气体流量、液氧挥发速率以及贮箱壁温等参数的变化规律。结果表明,在发动机启动前的预增压过程中,气相空间的温度和压力急剧增加,液氧的挥发速率也增加很快;发动机启动后的保持增压阶段,由于气相空间的体积不断发生变化,气相空间参数的变化趋于平缓,液氧表面向气相空间的传质速率也趋于稳定。

液体火箭发动机试验台贮箱增压系统模块化仿真

采用一维理想气体流动的有限元状态变量模型,运用模块化建模与仿真方法和Fortran90语言进行了某液体火箭发动机试验台贮箱增压系统工作过程的仿真,获得了细致的管网状态参数分布曲线,为分析贮箱增压系统的工作过程及各组件的作用提供了数值依据。数学模型和模块化建模与仿真方法显示出较好的有效性和通用性。

低温推进剂贮箱增压系统分布参数数值仿真(Ⅱ)增压系统数值模型与仿真结果

在所建立低温推进剂分布参数贮箱模型的基础上,采用液体火箭发动机试验台气路系统模块化建模与仿真软件,对某试验台液氧贮箱增压系统在发动机点火工作段的增压过程进行了仿真研究.仿真结果与试验结果以及经验公式计算结果获得了很好的一致,表明分布参数贮箱模型相对于集中参数模型更为准确全面地描述了低温贮箱内的流动和热分层现象,并表明有限体积模型体系及所开发的仿真软件具有广泛的适用范围和良好的仿真精度,在管路系统仿真领域具有工程应用价值和数值拓展潜力.

液体火箭发动机试验台贮箱增压系统数值仿真

在不考虑传热传质的情况下建立了一种简化的贮箱模型,并采用液体火箭发动机试验台气路系统通用模块化建模与仿真软件对容腔放气过程和某试验台贮箱增压系统在发动机点火工作段的增压过程进行了仿真,计算结果与分析解和试验结果获得了较好的一致,验证了软件的有效性和通用性.对两个系统的建模过程表明软件所采用的模块化建模与仿真方法适用于对复杂管网的建模,在液体火箭发动机系统仿真上具有较好的应用前景.对贮箱增压系统的仿真表明,合理设计PID控制参数并根据经验预置与额定流量相近的调节阀初始开度,对于提高增压系统起动过程的平稳性有利.

随机振动条件火箭贮箱增压系统工作过程仿真

为研究随机振动对贮箱增压系统动态特性和稳定性的影响,引入管路元件壳体坐标实现外激振动的加载,以谐波叠加法模拟飞行环境的随机振动过程,对管路和管路元件分别建立拉格朗日坐标下的一维流动方程和常微分方程组以模拟增压系统动态工作过程,对某贮箱增压系统有/无外界激励振动条件下的工作过程进行了全程计算.计算结果表明:振动环境下减压器、稳压器等运动元件的瞬时流量变化在增压系统中产生压力波动,某些情况下,会导致减压器等出现具有一个主要频率的振荡过程,影响减压器工作稳定性;振动过程中贮箱气枕压力基本不受影响.无振动条件下的计算结果与试验数据基本吻合.提出的模型和方法在贮箱增压系统工作过程仿真中显示了较好的有效性.

温度对贮箱增压系统的影响分析

在液体火箭推进系统中,贮箱增压系统为推进剂正常供应提供重要的技术保障。温度作为一项重要的影响参数,其高低变化直接决定着增压系统能否满足发动机正常工作的设计条件。本文以某贮箱增压系统为研究对象,开展温度对增压系统的压力特性影响的试验研究,主要分析从室温至-50℃低温环境的系统压力参数变化情况。试验结果表明:随着温度的降低,系统在相同工况下压力特性明显增大;-35℃是该系统不采取任何措施情况下能正常工作的最低环境温度;针对-35℃以下低温环境出现的问题,提出了相应的改进措施,使系统使用温度范围显著扩大,并通过试验验证了改进方法的合理性与有效性。试验结论可为同类增压系统设计及分析提供借鉴。

贮箱增压试验地面系统试验装置的研制

针对某产品增压系统和增压方案验证试验的需要,进行地面系统试验装置的研制。介绍了试验装置的工作原理、组成及主要结构设计计算。为保证试验装置的稳定可靠,进行了模拟贮箱及管路系统气密性检测,确认系统气密性满足要求。该地面系统试验装置在试验全过程运行状态良好,获取大量重要数据,为产品研制提供了地面试验保障。

运用数学方法模拟推进剂贮箱增压

本文介绍了运用数学方法模拟推进剂贮箱内的增压、传热和传质的物理热动力过程。增压系统的目的是控制推进剂贮箱内的气体空间(也称为"气垫空间")压力和进入发动机的推进剂质量流量。用数学模拟来预测气垫和推进剂的状态以保证贮箱内的压力和温度值保持在认可的限度内,即使离开贮箱的推进剂压力满足发动机泵入口的净吸程要求。

自适应控制器在贮箱增压系统中的应用

针对小推力姿控发动机试验,采用了一种基于自适应控制的先进PID控制器,用于贮箱增压系统的入口压力调节。介绍了自适应PID控制器的设计途径、算法结构。该算法经过模拟系统试验,可达到系统要求的快速响应和稳定性指标。

液体火箭贮箱增压过程数值模拟研究

基于流体体积函数方法建立了N_2O_4贮箱的二维轴对称非稳态模型,对贮箱增压过程进行了数值模拟。通过模拟结果与火箭遥测数据的对比分析证明了模型建立的合理性。模拟结果显示,贮箱内外壁面温度接近,气枕顶部温度较高。将增压消能器等效处理为Ⅰ、Ⅱ两种结构。对于结构Ⅰ,在飞行末期整个气枕存在明显的轴向温度分层,而结构Ⅱ与Ⅰ相比,贮箱顶部壁面附近的温度明显低于结构Ⅰ的温度,且增压气体对液面没有明显冲击作用,在设计增压消能器时宜选结构Ⅱ。

火箭贮箱增压及连接器脱落动力控制系统设计

火箭贮箱增压及连接器脱落控制是保障火箭正常发射的重要环节,对火箭发射成败起着至关重要的作用。目前动力控制系统不具备独立的控制执行能力,存在功能模块零散、数据判读困难等缺点。针对以上不足之处,设计了全新的火箭贮箱增压及连接器脱落动力控制系统。该系统基于分布式控制架构和热备冗余工作机制,实现了远程控制模式,并增加了单点和急停控制功能。新系统具有更高的可靠性、安全性和自动化程度,为动力控制系统无人值守提供了有力的技术支撑。

液体火箭贮箱增压排液过程温度场数值研究

针对某液体火箭贮箱增压排液过程,采用二维数值模拟方法对其温度场进行计算.选用低雷诺数k-ε模型分析流体与固壁间的耦合换热,考虑到气液之间发生热质转移现象,编写了控制相变的用户自定义程序(UDF)并植入Fluent软件.采用文献实验数据对相同工况下的计算结果进行验证,对比结果表明所建立的二维模型能够有效预测气枕温度、壁面温度沿轴向分布规律.数值模拟结果发现:气体扩散器入口方向、入口面积对气枕温度、壁面温度的轴向分布影响较弱,而对靠近增压口附近的温度场影响明显.当增压气体竖直向下进入气枕时,贮箱上封头附近气枕温度较低,有利于保障安全阀的可靠运行.当增压气体水平进入气枕时,扩散器直径变大,贮箱顶端高温区范围相应扩大.

火箭贮箱增压系统起动关闭过程压力冲击计算

为研究火箭贮箱增压系统起动、关闭瞬变过程中压力冲击的产生过程和传播规律,采用可应用于多种气体计算的拉格朗日坐标下的一维非定常气体运动方程有限差分格式求解管路流动,管路元件由反映其动态过程的常微分方程数值求解,气体摩擦损失使用准稳态公式计算.采用B-B(Beattie-Bridgeman)方程描述真实气体热力学关系.对某增压系统模型起动、关闭中包括压力冲击在内的动态过程进行了计算.计算表明:起动过程中,压力冲击变化大,压力振荡周期短、频率高、衰减迅速;关闭过程中,压力冲击变化小,压力振荡周期长、频率低、衰减缓慢.两种过程中都出现了高于气瓶增压压力的冲击压力峰值.数学模型和方法在火箭贮箱增压系统瞬变过程的计算中显示了较好的有效性.

低温贮箱多路管道增压的一种模糊算法研究

火箭发动机地面试验中,低温推进剂贮箱增压过程的传热、传质以及湍流流动过程十分复杂。贮箱增压系统具有非线性、时间滞后、参数变化不确定等特点,对增压系统难以建立精确的数学模型。因此,以低温推进剂贮箱内压力稳定为目的,提出了采用多路、不同直径管道增压的模糊控制方案;应用模糊控制算法中的最大隶属度法进行解模糊化,制定增压管路的模糊控制表,建立了以压力为控制变量的模糊控制器。分别对预增压过程和保持增压过程的两种工况进行了仿真。仿真结果表明:模糊控制算法能有效提高推进剂贮箱中压力调节的控制精度和响应速度,使得离开贮箱的推进剂压力稳定地满足发动机泵入口的压力和净吸程要求。

增压充液贮箱振动特性的理论与实验

结合理论与实验方法研究了增压充液贮箱的振动特性。采用弹性薄壳理论和速度势理论建立了增压充液贮箱的动力学方程组。考虑内部加压对贮箱振动的影响,引入内外压差作用项;考虑弹性壳体与液体间的耦合作用,给出液体动压的表达式。采用经典边界值法计算出贮箱振动频率;设计贮箱模型进行固有振动频率的实验测试。所得计算结果与实验值一致,均表明充液使贮箱振动频率下降,而内部加压使贮箱振动频率增加。进一步分析,得到增压充液贮箱振动频率随波数、贮箱内压、充液密度、贮箱几何参数和材料刚度等因素的变化规律。

基于NSGA-II的低温贮箱地面增压系统多目标参数优化

将带精英策略的非支配性排序遗传算法NSGA-II(Non-dominated sorting genetic algorithm-II)应用于运载火箭低温贮箱地面增压系统参数多目标优化问题中,采用软件AMESim和Isight实现联合仿真优化,寻优出非劣解集(Pareto解集)。设计人员可依据工程经验,从Pareto解集中选出满意解。该方法为低温贮箱地面增压系统参数设计提供一种新思路。

N_2O自增压贮箱的动态供应特性

建立了氧化亚氮(N_2O)贮箱自增压模型并完成了模型校验,获得的贮箱压力计算值与实验结果吻合良好。针对自增压贮箱供应液态介质时的动态工作特性开展了仿真计算,结果表明:在相同的质量流量下,供应液态推进剂比供应气态推进剂更有利于维持箱压和流量稳定;受蒸发吸热作用的影响,自增压贮箱在供应过程中压力总是呈下降趋势。给贮箱加热有利于减缓其压力的下降速度,但存在压力响应滞后、换热面积减小等问题,不易获得稳定的动态供应压力。

基于动态规划的贮箱自动增压控制策略优化

推进剂贮箱自动增压系统通过带有固定孔板的管路实现对贮箱压力的控制,当前控制策略由固定的逻辑运算组合构成,简单的控制策略及贮箱环境不稳定等因素导致了管路上阀门动作频繁的问题。现以试验数据离散化为基础,将系统测控部分转化为0-1整数非线性规划模型,结合动态规划算法转化模型、编写程序,以试验原始数据为目标消除大量阀门动作次数,求解出更优的结果。

新一代运载火箭增压技术研究

随着新一代运载火箭研制的开展,新型120 t级高压补燃液氧煤油发动机将得到广泛的使用,该发动机采用的推进剂贮箱增压系统设计被列为新一代运载火箭研制的重大关键技术之一。在对国内外主要液体运载火箭增压方案进行分析的基础上对120 t级液氧煤油发动机的贮箱增压系统进行了研究,提出了液氧贮箱采用压力传感器与电磁阀组合的常温氦气加温增压,煤油贮箱采用压力传感器与电磁阀组合的常温氦气增压方案,并针对液氧贮箱采用常温氦气加温增压的方案开展了理论分析和全尺寸系统级试验研究。理论分析和试验结果表明,该增压方案可行。