诱导轮对高速液氧泵空化流场影响研究

高抗空化诱导轮可以改善液氧泵的空化特性,提高大推力火箭的可靠性。基于计算流体力学方法,建立了高速液氧泵的流动仿真模型,通过三组试验工况验证了模型准确性,研究了诱导轮叶片数对液氧泵性能和空化特性的影响。结果表明:使用诱导轮可以减小离心轮空化面积,代偿离心轮的汽蚀,提高液氧泵扬程;在入口流量和出口压力不变的条件下,增加诱导轮叶片数,液氧泵的效率增加,扬程降低,离心轮空化面积增加,诱导轮代偿离心轮汽蚀能力削弱。综合考虑液氧泵性能参数和空化特性,三叶片诱导轮能够满足大推力液体火箭的高可靠性要求。

A high-performance liquid chromatography with circular dichroism detector for determination of stereochemistry of 6, 9-oxygen bridge dibenzocyclooctadiene lignans from kadsura coccinea

The stereochemistry of two 6, 9-oxygen bridge dibenzocyclooctadiene lignans from Kadsura coccinea, are difficult to separate and very unstable. The present study was designed to develop a high-performance liquid chromatography using circular dichroism detection for the analysis of the stereochemistry. A new 6, 9-oxygen bridge dibenzocyclooctadiene lignans named Kadsulignan Q was firstly found with an S-biphenyl configuration. The other compound was identified as Kadsulignan L with an R- biphenyl configuration. In order to obtain kinetic data on their reversible interconversion, the stability was measured at different deuterated solvents such as deuterated methanol, deuterated chloroform and deuterated dimethylsulfoxide. The lignans were more unstable and converted more easily in deuterated methanol than in deuterated chloroform and deuterated dimethylsulfoxide.

液氧中水分与二氧化碳冰晶杂质特性可视化实验及分析

针对低温推进剂中高沸点杂质过冷结晶可能堵塞滤网影响输送的问题,本文设计并搭建了能够显微观察液氧中冰晶与二氧化碳杂质状态的实验系统。可视化研究了不同温度液氧中微量水、二氧化碳杂质的生成及性状变化特征。发现当水分、二氧化碳共存于液氧时,部分水分率先形成细密冰晶,并与二氧化碳一同生成松散絮状结构;当该结构内的水冰晶达到饱和态后,其形状基本不再改变,而残余的水分逐渐形成游离态冰晶;絮状结构在90K降温到65 K的过程中发生崩解,杂质的平均尺寸减小了50%以上,有利于含杂质液氧通过滤网。研究所获得的微量杂质冰晶性状变化规律,可为实际应用中火箭充注管路滤网设计和流动阻力计算提供实验参考依据。

空分高压液氧泵运行优化探析

简介液氧泵的配置,详细分析了液氧泵运行中存在的问题,针对液氧泵运行的问题进行优化改进,简述了液氧泵启动以及运行中注意事项,确保液氧泵长周期稳定运行。

低温推进剂致密化技术的发展综述

采用深度过冷等方式对低温推进剂进行致密化,可显著改善其热力学性能,包括密度提升、气液饱和压力降低和显冷量增加等,对减小箭体尺寸和增强低温推进剂应用便利性具有重要促进作用。选取液态甲烷、液氧和液氢3种典型低温推进剂作为研究对象,首先对深度过冷前后的低温推进剂物性参数进行对比,深入了解致密化产生的有益效果;随后,广泛综述低温推进剂致密化的国内外发展和应用现状,对其技术特征进行归纳和总结;最后,提出适合我国国情的低温推进剂致密化发展建议,包括开展低温推进剂组合同步致密化、研发高性能真空压缩机以及设计新型加注流程等,以期为我国低温推进剂致密化技术未来发展提供理论参考。

泵间管内多股液氧/气氧直接接触冷凝数值研究

针对高压补燃循环发动机泵间管路中高温氧气再液化回收时的安全问题,建立了高温氧气与高温液氧在低温液氧中掺混冷凝的三维数值仿真模型,研究了泵间管内三股流体掺混冷凝的全过程,获得了管内流场、气液相分布、气相冷凝长度等关键信息,对比了由掺混腔和主管路注入回流高温液氧两种回液方案对氧气冷凝的影响。同时,针对定流速和变流速两种情况,探究了掺混孔数量和孔径的优化方案;此外,对不同管路出口背压下管内气相完全冷凝长度的变化趋势进行了研究。研究表明:掺混腔回液方案会导致气相流量增加和分布不均,不利于管内气相快速冷凝;主管路回液方案能够避免回流高温液氧对气相冷凝的负面影响,推荐采用此方案回收高温液氧;当流速不变时,适度增大掺混孔有利于避免不同掺混孔的气相融合,采用8个孔径为35 mm的掺混孔可使完全冷凝长度缩短26.5%;通过减小孔径增大流速有利于气相快速冷凝,采用16个孔径为20 mm的掺混孔可使完全冷凝长度缩短38.6%;增大泵间管出口背压有利于气相冷凝,背压由1.6 MPa上升至1.8 MPa时,完全冷凝长度缩短28.9%。该研究结果对液体火箭发动机增压输送管路设计具有理论参考意义。

过冷液氧增压排液过程数值模拟研究

为探究大容积贮箱中过冷液氧增压排液过程的热力学特性,基于流体体积法(VOF)和蒸发冷凝模型,构建了过冷液氧排出过程的数值模型。采用文献的实验数据验证了数值模型的准确性,并开展了变流量进气增压排液过程的罐内流场特性分析。研究结果表明,过冷液氧排出过程蒸发冷凝对气枕压降影响显著,采用变流量进气增压的方案能够较好地保持气枕压力稳定,使得气枕压力在3%以内波动。排液过程中,过冷液氧先升温明显,增压随着排液进行,贮箱气枕区域会出现涡状流,气体温度在水平方向有一定波动。

棉织物氧漂液在线自动测控系统的应用

首先介绍了棉织物的历史地位及退浆、煮练、漂白等前处理工艺,以及棉织物碱氧一浴法在线检测与自动配比加料的原理。然后对双氧水及碱液自动配比加料的难点及可行性进行分析,同时对比传统人工加料和在线检测、自动配比加料的优缺点及解决办法。最后对自动检测加料的推广普及与未来应用前景进行展望。

低温液体运输车罐体设计与分析

开展了低温移动液氧储罐结构设计与分析。按照压力容器设计规范,依据经验公式的设计方法,设计了工作温度-183~-162℃的0.52 MPa低温移动液氧储罐。按照压力容器分析设计标准,采用数值分析的方法,分析了低温液体运输单车罐体前冲工况下的应力分布规律。结果表明:封头、补强板、角钢圈、八点支撑等零件满足设计要求以及分析设计标准对于材料最大强度的极限要求,双层罐体具有良好的抗压性能以及优良的真空性。

提高氧泵诱导轮汽蚀性能的方法研究

利用计算流体力学(CFD)技术对某氧泵诱导轮进行了入口壳体开槽的汽蚀性能的研究,分析和采用了双圆弧进口方案.在流场计算研究中,分析了无汽蚀条件下叶片前缘的负荷,然后进行了诱导轮汽蚀性能的计算.流场计算结果表明,采用的改进方案在保证扬程和效率基本不变的情况下,能够很大程度上降低叶片前缘负荷,提高诱导轮汽蚀性能.

液氧泵用动静压混合式密封关键技术研究

为解决液氧/煤油火箭发动机液氧泵用端面密封存在的磨损问题,提出采用动静压混合式密封的设计思路,并对关键技术进行研究,给出混合式密封液膜密封和气膜密封的一般选用原则,基于数值计算的方法研究静压结构参数对密封气膜刚度和泄漏率的影响规律。结果表明:随着节流孔直径的增加,密封气膜刚度和泄漏率均增加,通常建议节流孔直径的取值范围为0.2~0.3 mm;当均压槽深度从0.1~0.5 mm变化时,密封气膜刚度和泄漏率均保持不变;随着均压槽宽度的增加,密封气膜刚度降低,泄漏率则呈线性增加,通常建议压槽宽度取值范围为0.3~0.6 mm。

微重力下低温液氧贮箱热分层研究

为研究微重力下,在轨运行低温液氧箱体内部流体温度场分布,建立了相关数值模型,考虑了气液相变以及各空间辐射热流的影响。计算结果表明:当g为0 g_0时,表面张力驱使液相包裹气枕,并将球形气枕挤出壁面。由于箱内没有自然对流,箱体壁面流体会出现局部过热。当g增加到10^(-6)g_0时,表面张力作用仍较为明显。箱体内部物理场分布与0 g_0工况大致相同。当g增加到10^(-5)g_0时,液相已不能完全包裹气相,气相区一直与箱体顶部接触。当g增加到10^(-4)g_0时,此时箱体内部自然对流已十分明显,气相区大致呈带状,并与顶部壁面有较大的接触面积。短时间内,自然对流可及时将外部漏热带入箱体内部。另外,箱体压力随时间增长呈先降低后逐渐升高的趋势。重力越小,箱体压力也越小。最后通过对比还发现,初始边界条件设置对箱体内部物理场有较大的影响。

地面停放低温液氧贮箱热物理过程研究

针对低温推进剂箱体射前停放阶段,采用CFD技术数值研究了某低温液氧贮箱在地面停放阶段所经历的开口放置及高温气氧预增压过程。详细分析了该过程中箱体的压力变化、气液相变以及热分层现象。通过与相关试验结果对比,验证了本数值模型的有效性。计算结果表明:在液氧箱体开口停放阶段,在外部漏热下,箱体内部将出现剧烈的沸腾相变现象,并伴随着大量气泡的产生。随着时间的增加,用于低温流体相变的热量主要来自于外部漏热,此时相变过程主要发生在气液界面。在约150s时,相变强度逐渐趋于稳定。经过250s的地面开口停放,蒸发气体排放量约6.88kg。当低温箱体封闭,预增压过程开始,箱体压力将在所设定的压力上下限内波动变化。由于气相过热、液相过冷,在整个过程中气相都处于冷凝状态。随着高温气体的注入,气相质量呈现波动变化,由15.84kg增加到27.27kg。液相质量则近似线性增加,由最初的12 243.10kg增加到12 303.95kg。气液界面以下的液相呈现出较好的温度分层,气相温度分布则受增压气体影响较大,产生了一定的扰动。

超低温对T700碳纤维/环氧复合材料弯曲性能的影响

研究正交铺层的碳纤维增强环氧树脂基复合材料(CFRP)在超低温的环境下的弯曲性能和损伤破坏形式。对复合材料试样进行不同时间的液氧浸泡处理和不同次数的常温/液氧温度热循环处理来模拟液氧燃料贮箱使用工况,通过配有超低温试验装置的力学试验机研究CFRP在不同超低温条件处理前后的低温弯曲强度和弯曲模量的变化规律;采用扫描电子显微镜(SEM)对破坏前后试样的微观形貌进行分析。结果表明,经过液氧浸泡及常温/液氧温度热循环处理的CFRP的超低温弯曲强度和模量变化趋势基本一致,均随时间和循环次数的增加先下降后上升,这种变化规律与其超低温环境下材料的微观结构变化密切相关。结合CFRP破坏前后的宏观和微观结构特性以及微裂纹的扩展规律,揭示了正交铺层CFRP超低温弯曲性能变化的机理。

液氧/液甲烷低温推进剂深度过冷加注实验研究

为了提高低温推进剂深度过冷技术成熟度,以充分利用其在降低过冷装置系统质量、延长贮存时间等方面的工程应用优势,针对液氧/液甲烷低温推进剂组合,以70 K/97 K为目标开展深度过冷方案对比与流程设计,并通过搭建中等规模液氧和液甲烷快速深度过冷加注实验系统进行可行性测试验证。结果表明:针对中大规模过冷装置系统,液氧系统采用常压液氮浴+负压液氮浴两级换热过冷方案(换热器均采用铝制板翅式换热芯),液甲烷系统采用常压列管式液氮浴式换热器过冷加注方案;为满足快速过冷加注需求,液氧/液甲烷系统均采用边过冷边加注的系统流程;在加注流量为1.0 L·s^(-1)左右的稳定测试阶段,液氧实验系统中入口温度约108 K的液氧经一级、二级换热器能够分别被冷却至约88 K及70 K以下,液甲烷实验系统也实现了97 K液甲烷的深度过冷与快速加注,成功验证了设计方案的可行性。研究工作能够为中国开展过冷低温推进剂的研究与工程应用提供理论与技术支持。

基于低温绝热液氧瓶系统的中心供氧系统改造

目的:基于低温绝热液氧瓶系统对中心供氧系统进行改造,实现氧气稳定输出的目的。方法:分析医院中心供氧存在问题,探究当前医用氧3种获得方式及其特点,对改造方案进行可行性和成本效益论证。结果:低温绝热液氧瓶供气系统方式改造更适合医院实际,该套系统与原有分子筛制氧机两机共存、交替运行可达到预期效果。结论:中心供氧系统设备的集中,有利于现代化管理,合理的配置和科学管理以及高效运行极大地提高了氧气利用率和经济效益。

水润滑螺旋槽端面密封的理论及试验研究

螺旋槽端面密封是液体火箭发动机涡轮泵用轴端密封的首选;考虑粘温、流体泄漏及热传导,建立了适合于内外双槽中间密封坝结构端面密封的理论分析模型,发展了螺旋槽密封膜厚控制方程和合适的边界条件;以此研究了密封特性参数(端面开启力、液膜刚度、摩擦力矩等)受不同运行参数(工作转速、压差等)和结构参数(槽深等)的影响规律。以水为密封介质,试验研究了处在不同压差和转速条件两类不同槽深的双螺旋槽端面密封的性能。理论和试验研究表明密封端面温升和摩擦力矩随转速和密封压差的增加而增加,槽深对温升和端面摩擦力矩影响不大;试验研究结果很好地验证了理论模型的正确性,为液体火箭发动机涡轮泵轴端密封的设计提供了理论和试验基础。

液氧泵机械密封用金属波纹管设计研究

分析研究了液氧泵机械密封用金属波纹管在常温条件下轴向拉伸变形与金属波纹管自由高度和密封摩擦功耗之间的关系,在此基础上,研究归纳出了液氧泵机械密封用金属波纹管设计规范,采用该规范设计生产的金属波纹管已用于液氧/煤油发动机,该发动机已通过地面热试车考核。

液氧贮箱自生增压输液模拟试验

以液氮为模拟推进剂,含二氧化碳的氮气为增压气体,进行了液氧煤油火箭的液氧箱自生增压试验研究。通过改变增压气体中二氧化碳的含量,分别模拟了液氧加热气化增压输送和富氧燃气增压输送,同时进行了二氧化碳在液氮中的结晶小试验,通过试验,从原理上验证了含二氧化碳的氮气增压输送液氮方案是可行的,为进一步试验研究及系统设计提供了参考。

运载火箭液氢液氧低温推进剂加注技术

介绍了运载火箭低温推进剂加注系统的特点，对加注技术中的主要问题作了回顾与评述，这些问题是：液氢系统的气体置换、预冷过程及控制、加注流量调节、加注过程中的两相流、加注过程中推进剂的温升和过冷推进剂、射前补加及控制。