喷嘴对供应系统到燃烧室压力振荡传递幅频特性的影响

从理论上分析了压力振荡由供应系统到燃烧室通过喷嘴的传递过程,推导了振荡传递过程的传递函数.讨论带有各种喷嘴的燃烧室的动态特性,对供应系统、燃烧室压强、喷嘴种类及喷嘴结构尺寸对供应系统压力振荡引起燃烧室压力振荡的影响进行了计算,得到了喷嘴在传递过程中的影响规律.

燃烧室压力振荡对喷嘴出口流量振荡影响分析

从理论上分析了燃烧室压力振荡引起喷嘴出口流量振荡的振荡传递,推导了振荡传递过程的传递函数。讨论带有各种喷嘴的燃烧室的动态特性,计算了燃烧室压强、喷嘴压降、喷嘴类型及结构尺寸对燃烧室压力振荡引起喷嘴出口流量振荡的影响,得到了喷嘴在此传递过程中的影响规律。

大推力液体火箭发动机结构中的力学问题

依据大推力液体火箭发动机工作时极端的力热环境状态,阐述分析了大推力发动机强振动、大静载、多源激励和传递路径复杂的力学特点.静力学方面介绍了整机结构载荷分析和组件静力学分析方法,动力学方面介绍了整机低频模型、精细化动力学修正、多源载荷等效等问题的研究情况.针对发动机典型的部件,梳理了大推力发动机研制中面临的力学挑战,包括高温高压燃气摇摆装置、转子动力学、动静干涉流体激振、诱导轮汽蚀振荡、大范围轴向力平衡、超音速涡轮颤振、推力室热疲劳、喷管侧向力载荷、总装管路疲劳断裂等问题,指出了力学需求和未来研究方向.最后对发动机结构概率失效分析的现状进行了简要介绍,为大推力液体火箭发动机研制提供力学支撑.

流量调节器管路系统自激振荡特性研究

流量调节器管路系统在小流量大压降工况下会出现低频自激振荡现象。为了深入认识自激振荡产生机理,结合某稳流型流量调节器及管路系统,基于流量调节器弹簧振子动力学模型开展数值仿真研究。数值仿真得出自激振荡频率为94Hz,与发动机试验结果一致。分析了流量调节器结构参数对系统稳定性的影响作用,三角形滑阀节流口能够抑制管路系统自激振荡。自激振荡产生机理是液动力随滑阀节流口型面振荡,并对管路系统形成正反馈作用,当流量调节器综合刚度系数<0时,管路系统就失稳产生振荡。某流量调节器的负载特性试验表明,随着流量调节器压降升高,管路系统稳定性变差。仿真获得的幅频特性,稳定边界与试验结果一致。

某液体火箭发动机燃气路异常压力脉动分析

针对某液体火箭发动机燃气路内出现的异常压力脉动现象,通过数值仿真获得了螺旋流和分叉流两种流型,提出了两种流型相互切换引起的流动不稳定解释。燃气三通内的螺旋大涡及氢/氧燃气导管内的螺旋流动会引起流阻增大,导致燃气路局部压力跳变。数值仿真、气流试验均复现了燃气路热试过程中的压力跳变现象,获得了燃气路流动稳定性边界。热试结果表明当分流比大于0.5时,燃气路出现异常压力跳变的概率明显增大。数值仿真和气流试验分别表明分流比在0.49~0.58、0.5~0.65范围内会出现两种流型的相互切换,出现异常压力跳变。燃气路的异常压力跳变与燃烧过程及燃烧室压力无关,只与分流比相关。在氢/氧燃气导管内设置十字形挡板不能抑制燃气路的压力跳动现象。经冷态气流试验及热试车验证,整流栅可有效抑制燃气路压力跳变现象。

基于逾渗理论的液体火箭发动机管路接头密封性能研究

液体火箭发动机管路接头发生密封失效将给发动机带来巨大的安全隐患,深入认识管路接头的密封区域形成机理和建立密封性能的评价方法,有助于提高发动机工作的可靠性。构建微尺度下具有Gauss分布特征的粗糙面有限元接触模型,基于逾渗理论寻找临界接触压力这一密封性能评价指标的具体数值。以37°的DN6球形管路接头为研究对象,建立宏观尺度有限元接触模型,分析预紧力、介质压力和材料搭配对接头密封性能的影响。结果表明:表面粗糙度将增大粗糙面的高度差,自相长度可增加粗糙表面的连续性。临界接触压力为520MPa,应用该指标评价密封性能和45MPa高压气密试验得到的结果相吻合。在接头的拧紧过程中,接头密封性能与预紧力呈线性关系,并且存在满足密封性能的最小预紧力。在预紧力不变的条件下,接头只能承受一定范围内的介质压力。不同屈服强度的材料搭配有助于提高管路接头的密封性能。

液体火箭发动机涡轮泵管式扩压器时序效应数值研究

为分析管式扩压器的时序效应对高速涡轮泵性能以及压力脉动的影响并阐明其影响机制,对某液体火箭发动机高速涡轮泵全流域进行三维定常和非定常数值计算,研究了管式扩压器时序效应对涡轮泵外特性的影响规律,采用熵产理论对涡轮泵内部的能量损失进行分析,并通过压力脉动均方根方法对涡轮泵内的压力脉动进行评估。结果表明:随着管式扩压器叶片与蜗壳隔舌夹角的增大,涡轮泵效率和扬程整体趋势均为先升高后降低,两者的变化幅度分别为0.75%、1.68%,当管式扩压器叶片吸力面出口边与蜗壳隔舌的夹角为20.5°、25.5°时,涡轮泵具有较好的性能,其影响机制由蜗壳隔舌下方的扩压管出口附近涡流和能量损失变化决定。动静干涉效应是涡轮泵内压力脉动的主要原因,时序效应对涡轮泵出口和蜗壳隔舌附近压力脉动的变化幅度分别为37.7%、67.6%。蜗壳流道内压力脉动的最大值位于蜗壳隔舌下方扩压管出口区域,时序效应对压力脉动最大值的变化幅度为20.5%。研究结果可为液体火箭发动机涡轮泵性能和振动的优化提供一定的参考。

液体火箭发动机充液导管流固耦合动力学特性

为了深入研究流固耦合(FSI)作用对液体火箭发动机充液导管频率特性的影响,采用传递矩阵法(TMM)建立了空间导管流固耦合动力学计算模型.针对真实发动机导管开展了传递矩阵模型与传统基于附加质量的有限元(FEM)(非耦合)模型仿真计算以及模态试验验证,比较了管径、壁厚等结构参数对导管流固耦合作用的影响.结果表明:在流固耦合作用下,导管各阶谐振频率减小、而对应的流体振荡与结构振动幅值增大.管径对导管低阶频率特性的影响较壁厚对其影响更大.对于该算例,当管径大于设计值30%后,耦合作用引起的1阶频率误差高于10%,此时流固耦合不能忽略;而壁厚对1阶谐振频率的影响则小于8%.

由喷嘴连接的燃烧室到供应系统压力振荡传递过程研究

为了研究在压力振荡由液体火箭发动机燃烧室传递到供应系统的过程中喷嘴所起的作用,从理论上分析了压力振荡由燃烧室到供应系统通过喷嘴的传递过程,推导了振荡传递过程的传递函数.讨论带有各种喷嘴的供应系统的动态特性,对供应系统管路长度、燃烧室压强、喷嘴种类、喷嘴压降及喷嘴结构尺寸对燃烧室压力振荡引起供应系统压力振荡的影响进行了计算,得到了喷嘴以及工况参数在传递过程中的影响规律.