固体火箭发动机高空模拟试验仿真与模型优化研究

针对固体火箭发动机被动引射式高模试验研制周期久、成本高的问题,基于N-S方程与S-A模型,利用小扩张比喷管与小尺寸不同直径的高空舱、扩压器、压力远场域对高空模拟试车中的发动机建压、稳压、降压段进行数值仿真,同时分析各模型各阶段高空舱及扩压器内流场结构。结果表明,在发动机压强达到稳定时,大尺寸高空舱相对于小舱而言舱内压强更加稳定,其引射系统中扩压器扩压效果更好,对舱内气体抽吸能力也更强。而大长径比扩压器在引射系统内的减速增压效果相对小长径比而言不明显,气流通过激波时压强与马赫数的变化量分别在2KPa和0.04以内,在扩压器出口处的计算误差与压力远场域的设定有很大关系。

改进均匀设计在航空发动机高空模拟实验中的应用研究

航空发动机高空模拟试验设计方法的研究对航空发动机的发展具有重要意义,国内外学者在航空发动机高空模拟研究中,很少有采用均匀设计,同时已有均匀设计表存在均匀性不好、效率不高等缺点。本文提出了一种改进均匀设计的试验方法,试验结果表明本文提出的试验设计方法的正确性和可行性。

基于改进好格子点法均匀设计航空发动机高空模拟试验研究

航空发动机高空模拟试验是发动机系统试验的关键环节之一。针对高空台试验因素多、层次复杂的问题,研究改进好格子点法进行均匀设计,并结合遗传算法进行优化设计的试验设计方法。通过典型方案验证,表明相对正交设计的试验优化率可以达到92.593%,本文提出的试验设计方法对于高空台试验是可行的。

基于遗传算法寻优均匀设计航空发动机高空模拟试验研究

针对航空发动机高空模拟试验因素多、水平数多等特点,已有均匀设计表均匀性不好、效率不高,极大制约了均匀设计在航空发动机高空模拟试验领域的应用。为了提高均匀设计效率,摆脱使用表的限制,生成均匀性更好的设计表,提出了混合偏差下均匀设计构造法的整数编码遗传算法优化方法,与门限接受法进行对比,得到优化方法的均匀性更好,最后通过发动机高空台最优匹配规律模拟试验,得到寻优估计误差均小于1%,同时试验优化率达到99.923%,验证了提出的试验设计方法的高效性和准确性。

民用航空涡扇发动机进气系统结冰高空模拟试验技术要求研究

高空模拟试验是民用航空发动机适航取证的符合性验证手段之一。基于中国民航规章CCAR-33部33.68条款“进气系统结冰”的要求,对进气系统结冰高空模拟试验验证开展研究,以表明符合性。本文提出了进气系统的结冰试验点的选取方法、分析了试验的流程、明确了试验结果评估方法,并针对试验设备提出了高空舱、测试装置和试验设备配备要求,介绍了典型符合性验证案例。本研究可为国内民用航空发动机开展进气系统结冰适航符合性验证工作提供技术支持。

主动引射高空模拟试车台流场瞬态数值模拟

大部分高空模拟试车台的数值模拟(不论是主动引射还是被动引射)仅模拟了发动机稳定运行的稳态流场,然而发动机启动、熄火以及在发动机运行的过程中药形的变化(药柱燃烧速率变化)都会影响发动机室压从而改变试验舱舱压。针对某大型主动引射高空模拟试车台,应用某商业软件模拟了q_(m)=20 kg/s、q_(m)=50 kg/s和q_(m)=200 kg/s这3个典型流量的发动机工作全程中某主动引射高空模拟试车台的流场。选取了几个典型工况进行分析并与试验数据进行对比,仿真数据与试验数据对比良好。通过此研究,在试验前能够较准确地预示引射舱压曲线,揭示舱压规律,指导真实试验,降低试验风险。

固体火箭发动机高空模拟试验的流场仿真分析

文章以固体火箭发动机高空模拟试验为研究对象,通过构建准确的流场仿真模型,运用数值模拟方法进行流场分析,并与实验数据进行对比分析,评估仿真的准确性和可靠性。同时,针对仿真结果中的参数敏感性进行分析,提出流场优化和设计改进的方案。本文可为固体火箭发动机的高空模拟试验提供理论指导和技术支持,为优化设计和性能评估提供有力的依据。

高空模拟试车台超声速引射器数值研究

利用火箭发动机自身的超声速喷流作为引射气流的超声速引射器系统,在上面级火箭发动机高空试车台的研制中有着重要的应用价值,文中采用数值方法模拟求解了火箭发动机超声速引射器流场,比较了直管超声速引射器和有第二喉道的超声速引射器的性能、探讨了超声速引射器设计的影响因素。计算结果与实验结果符合较好,这表明该数值方法是研究超声速引射器的一种重要研究手段。

高空模拟试车台主被动引射方案数值研究

采用二维轴对称雷诺平均方程和Spalart-Allmaras湍流模型,对一大面积比火箭发动机高空模拟试车台在不同引射方案下发动机启动至稳定运行过程中不同室压下的流场结构进行了数值模拟。空间上采用二阶迎风格式进行耦合求解,时间上采用显式Runge-Kutta方法进行迭代推进。结果表明,采用启动段主动引射、主级段被动引射的方案可满足火箭发动机从启动工况到运行工况的引射要求,但需仔细考察引射器第二喉道收缩比的选择;采用启动段引射器高工况运行、主级段引射器转为低工况运行的全程主动引射,则是综合考虑了系统性能和经济性的较为理想的方案。

基于Labview的高空模拟舱模拟特性研究

为模拟飞机在各种飞行状态下所处大气环境压力的变化,建立了基于虚拟仪器的高空模拟舱系统,以实现飞机座舱压力控制系统的性能测试。在分析高空模拟舱系统工作特性的基础上,采用Labview软件开发数字比例-积分-微分(Proportion-integration-differentation,PID)控制器,基于SCXI硬件系统构成的虚拟仪器测控平台,实现了高空模拟舱系统的压力控制。在高空模拟舱系统上进行了数字气动式座舱压力控制系统的性能试验,结果表明高空模拟舱系统能够准确模拟飞机的飞行状态,为座舱压力控制系统的性能测试提供良好的试验条件。

“堵塞”技术在发动机高空模拟试验中的应用研究

通过对发动机高空模拟试验推力的确定方法与修正方法的分析,从理论上阐明了"堵塞"技术在发动机高空模拟试验中应用的机理和适用条件。通过对罗.罗公司高空台斯贝发动机和某高空台上涡喷发动机"堵塞"试验结果的分析,证明了"堵塞"技术在带收敛喷管的发动机高空模拟试验中应用的可行性和合理性。本文研究结果拓展了HB6213[1]中推力计算公式和推力修正公式的适用范围。

高空模拟试车台扩压器两相流数值模拟

利用组元输运模型和颗粒轨道模型,对某型号固体火箭发动机高模试车台扩压器内的两相流进行数值计算,分析了扩压器稳定工作时的内流场结构,探讨了燃烧产物中凝相颗粒Al2O3及其粒径大小对流场的影响。计算结果表明,在扩压器中形成了复杂的激波串,气流通过激波减速增压,为了达到最大的压力恢复,应保证扩压器有一定的长径比;加入粒子后,流场的速度相对降低,颗粒与激波的相互作用在局部改变了激波原有的分布,粒子集中的区域燃气流速较低、温度较高;不同粒径的Al2O3粒子扩散速度不同,分布范围差别较大,造成扩压器内速度、温度、压强的分布有较大区别;扩压器壁面的最高温度基本与粒径大小无关,都在3 200 K左右。

某型膨胀循环发动机高空模拟试验方案研究

某型膨胀循环发动机在研制初期基于环境压力可能对膨胀循环发动机起动加速性有较大影响的考虑,采用了全程主动引射高空模拟试验方案,试验结果显示环境压力对发动机起动加速性的影响较小。发动机室压和喷管面积比是影响引射方式的主要参数,该型膨胀循环发动机与采用被动引射的某型燃气发生器循环发动机参数相当,这为该型膨胀循环发动机采用被动引射提供了可能,并对膨胀循环发动机采用被动引射高空模拟试验方案的可行性进行仿真研究。

混合总线数据采集系统在高空模拟试验中的应用

从发动机高空模拟试验对测试系统的要求出发,对VXI和LXI这两种总线的优势及特点进行了比较与分析,进而提出了一种新的基于LXI、VXI混合总线平台的数据采集系统的方案,并对该数据采集系统的关键技术、主要特点以及其在高空模拟试验中的重要作用进行了进一步的阐述;该系统在试验中的成功应用表明其完全满足高空模拟试验的要求,而且可以进一步提高测试系统的集成化、信息化和智能化水平及整体测试能力。

航空发动机高空模拟试验燃油流量原位校准系统设计与检验

为满足现代航空发动机高空模拟试验燃油流量高精度、快速度的测量要求,针对涡轮流量计不能长期保持校准曲线的缺陷,提出了原位校准技术。重点介绍了原位校准系统的技术要求、主要功能、工作原理、校准装置、工作模式,以及不确定度评估,并进行了对比检验试验。研究结果表明:该系统主要技术指标满足发动机试验需要,测量不确定度满足要求,主要设备具有高的工作可靠性、可控性和稳定性,可实现原位校准和冗余测量功能。

N_2O单组元微推力器高空模拟实验研究

在真空舱中进行了N2O单组元两种尺寸的微推力器的高空模拟试验研究,分析了微推力器设计参数对比冲等性能的影响。结果表明,两种尺寸微推力器的最大比冲分别为1.608 N.s/g和1.639 N.s/g,热损失、床载和床长对微推力器性能影响明显,存在最佳床载值、床载和床长的匹配。

氢氧发动机真空点火及高空模拟试验

上面级氢氧发动机的真空点火与起动过程是一个复杂的动态过程,与地面相比,由于受真空环境的影响,发动机推进剂预冷、充填、雾化与燃烧等一系列物理和化学过程将发生很大变化,存在海平面试车无法考核的技术盲点,影响发动机工作可靠性。因此,国内外对上面级氢氧发动机均进行过广泛而深入的高空模拟试验研究,以考核和验证发动机真空点火、起动的可靠性,其中以J-2发动机开展的高空模拟试验最具代表性。

模糊自适应PID在高空模拟舱中压力控制的应用研究

针对高空环境模拟舱压力控制系统变参数、强干扰、大惯性、强耦合等特点,将模糊控制与自适应PID控制结合起来,设计了模糊自适应PID控制器。利用模糊推理方法实现对PID参数的在线自整定,进一步完善PID控制器的性能,提高系统的控制精度。仿真结果表明该方法的控制效果优于常规的PID控制,并消除了模糊控制稳态误差较大的缺点,具有响应时间短、控制精度高、稳定性好等优点,有较好的工程应用前景。

固体火箭发动机高空模拟试验的流场仿真

针对固体火箭发动机被动引射式高模试验,在发动机点火及熄火过程中存在的回火,给发动机喷管及对布置在高空舱内的测试装置和线路构成了严重威胁的问题。利用Navier-Stokes方程(N-S)和Spalart-Allmaras模型对发动机被动引射高空模拟试车全程进行流场瞬态仿真:对试验过程中发动机建压、稳压、减压及高空舱补气等阶段的流场结构进行仿真,同时对扩压器及高空舱内的流场进行仿真,分析高模试验各阶段的流场结构。结果显示:测点的实测数据与仿真曲线大致重合,只在补气的最初阶段略有差别,实测数据与仿真数据的整体吻合度较高。建压和减压过程,应采取绝热措施防止高温燃气对发动机,特别是喷管和后封头处破环,此外应对喷管外形面进行合理设计,以控制回火气体的分离点,有利于减小回火造成的影响。稳压段高空舱内流场结构稳定,不会对发动机造成影响。

气波机在航空发动机高空模拟试验中的应用

简要介绍了气波机的结构、特点、设计参数及气波机空气降温系统;着重研究了气波机在航空发动机高空模拟试验中的应用,针对气波机运行调试过程中出现的典型故障进行分析并提出解决方案。初步掌握了气波机的性能,为试验进气温度调节提供经验。采用变频启动,可降低损耗、增强启动可靠性;在启动电机的电源线上增加制动电阻,可削弱反向电势的影响,避免运转过程中频繁停机。试验证明,气波机在航空发动机高空试验的应用是成功的。