膨胀循环氢氧发动机低箱压起动特性研究

为满足长时间在轨低温上面级对发动机低入口压力起动的需求,对膨胀循环氢氧发动机低箱压起动特性进行了仿真和试验研究,建立了较为准确的起动特性仿真模型,完成了地面环境和高空模拟环境氢入口低箱压起动试验。结果表明,氢入口压力越低,发动机起动加速性越慢,两者呈类似双曲线关系;降低喷管出口背压有利于发动机起动,氢入口压力越低,背压对起动加速性的影响越大。

膨胀循环氢氧发动机火炬点火系统方案研究

针对膨胀循环氢氧发动机多次点火需求,开展了火炬式电点火系统方案论证和仿真研究,明确了较为合理的低压火炬式电点火系统方案,并完成整机级试验验证。结果表明,氢主阀打开瞬间点火室混合比波动较大,可能造成结构烧蚀;从氢涡轮前引气氢、氧泵后引液氧的方案烧蚀风险较小,但对发动机起动和稳态特性有一定影响。试验验证了仿真分析结果,实现了中国液体火箭发动机首次低压火炬式电点火起动,初步表明点火系统方案可行。

膨胀循环氢氧发动机低压火炬的点火能量研究

针对膨胀循环氢氧发动机多次点火需求,采用氢、氧推进剂吸热着火和火炬燃气降温放热的假设,用热力计算方法从理论上分析了推力室采用火炬点火的能量问题。在考虑火炬燃气与推力室内的氧补燃后,富燃低压火炬点火器的点火能量能够满足推力室点火需求。研制了2种低压火炬点火试验系统,对膨胀循环发动机进行了17次点火试验,试验结果与理论分析结果相符,验证了补燃点火假设。

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。

航空机载液氢储罐绝热性能及轻量化研究

对航空机载液氢储罐进行绝热结构的绝热性能及轻量化综合研究是提高飞机续航能力的关键解决路径。本文以液氢储量为1450kg的液氢储罐为例,对泡沫/冷屏复合绝热结构(SOFI/VCS)及变密度多层真空夹套绝热结构(VD-MLI真空夹套)进行绝热及轻量化对比研究。当两种绝热结构的绝热性能一致,储罐日蒸发率≤4%时,VD-MLI真空夹套绝热结构重量相较于SOFI/VCS复合绝热结构减轻50%,此时适合采用双胆储罐结构;当储罐日蒸发率增大到6%左右时,两种绝热结构的重量相差较小,SOFI/VCS复合绝热结构仅比VD-MLI真空夹套绝热结构重约50kg;而当储罐的日蒸发率>7%时,SOFI/VCS复合绝热结构在轻量化方面更具优势,此时储罐宜采用单壁结构,且日蒸发率越大,单壁储罐轻量化优势越明显。本文通过探究两种绝热结构绝热性能与重量的对应变化规律,为航空机载液氢储罐绝热结构及轻量化的方案设计提供理论依据,同时为液氢的高效长时间存储技术发展奠定一定的基础。

涡轮泵用不同槽型流体动压型机械密封运行特性对比研究

针对火箭发动机低温介质涡轮泵端面密封的泄漏突增问题,基于工程经验提出激光脸(槽深3、5μm)和螺旋槽3种槽型结构,并与原使用的雷列槽进行端面流场与密封性能对比分析,同时对4种槽型结构进行密封动态追随性比较分析。结果发现:低温介质下雷列槽端面密封流体动压较弱,影响端面开启的主要因素为流体介质静压力;在转速和压力增大的条件下雷列槽存在负动态刚度系数,角向的稳定性较差,存在泄漏风险;激光脸泄漏量较低且处于混合润滑状态,不会因密封端面脱开而引起密封动态不稳定;槽深5μm与槽深3μm激光脸相比有更大的开启力与较低的相变率,综合性能更优;螺旋槽结构动压效应较强,其开启力随转速和压力的线性变化都保障了密封环的追随性;螺旋槽结构具有较强变工况适应性,但泄漏量水平始终较高。

基于VOF-DPM耦合的Y型喷嘴雾化研究

采用VOF-DPM(流体体积-离散相模型)耦合方法的数值模拟,研究液体黏度对Y型喷嘴内流动和喷嘴雾化性能的影响。首先对Y型喷嘴内部和外部区域进行多面体网格划分,并借助基于气液体积分数值的自适应网格加密技术有效提高气液界面识别精度。分析喷嘴内流动与喷嘴外雾化的关联,研究液体黏度对雾化性能的影响。结果表明:重油黏度较高,流速较小,喷嘴内重油不易被气体吹散和掺混,液体雾化较难。柴油密度低于重油,易被加速,导致喷雾贯穿距离大于重油,雾化更容易,柴油的喷雾锥角与重油差距不大。重油的喷雾索特平均直径d s为137.14,略高于柴油d s约0.8%。研究对评估燃烧器燃烧性能及其适应多种燃料的改造设计具有重要的应用价值。

基于可调文氏管的液氧流量闭环控制特性研究

针对液氧供应系统流量精准控制困难的问题,开发了一套流量闭环控制系统并应用于液氧供应系统中。为实现系统按预设目标流量进行输出,进行了四类试验:无控制试验、流量闭环控制试验、PID参数影响试验与流量阶跃调节试验,研究了贮箱压力、液氧温度、针锥位置、调节范围与PID参数等因素对液氧流量闭环控制特性的影响。结果表明,通过反馈实时测得的液氧质量流量,流量闭环控制系统控制可调文氏管节流面积变化,实现了液氧流量±1%的精准控制,解决了由于系统压力波动及液氧温度变化等原因导致的液氧流量供应不稳定的问题,并实现了液氧在5∶1流量变比内的精准阶跃调节。

复杂力热载荷下推力室内壁失效机理研究

大推力氢氧火箭发动机在经过多次试车后,推力室内壁会产生不同程度的裂纹,严重影响发动机的工作可靠性。为了分析复杂力热载荷下推力室内壁的失效机理,本文根据发动机实际工作过程涉及预冷-工作-后冷-松弛四个阶段,分别计算了经过单次和多次工作循环的内壁应力应变情况,并针对试车分解后的内壁材料进行断貌分析和金相检查。仿真与材料分析结果表明:内壁面的失效机理为疲劳和棘轮共同作用下导致通道中心点处残余拉应变不断累积,不断向外鼓起,而内壁材料在高温下会出现晶粒粗化和再结晶现象,导致材料性能出现不可逆的下降,加速了结构失效,最终产生裂纹。

弹簧蓄能密封圈中蓄能弹簧的有限元计算及等效建模研究

弹簧蓄能密封圈是一种性能优良的密封装置,其中的蓄能弹簧可以为密封圈提供初始密封压力,起到辅助密封的作用。但目前对弹簧蓄能密封圈的研究多是在有限元软件中建立二维轴对称模型进行仿真实验,对蓄能弹簧的力学特性和建模计算方法的认识尚有不足。为实现不同结构的弹簧蓄能密封圈的参数化仿真设计,推导环形蓄能弹簧的空间曲线参数方程,建立双层螺旋蓄能弹簧的三维有限元模型,并仿真分析其力学特性。定义蓄能弹簧的内侧刚度和外侧刚度,研究弹簧不同结构参数对其刚度的影响。结果表明,弹簧的厚度和弹簧截面外径对刚度的影响较大,而弹簧中径和匝数对刚度影响可忽略不计。提出轴对称等效模型的建立原则,建立轴对称等效模型的经验公式,为弹簧蓄能密封圈的参数化仿真设计提供了参考。

轴向预紧作用下的组合转子轴系模态特性研究

组合转子轴系结构是空天动力装备中发动机转子系统的主要结构,由于轴系中各部件接触面的存在使得转子系统动力学特性难以准确掌握,当涉及转子工作转速裕度时会产生一定的设计风险。针对组合转子轴系单主轴多部件轴向预紧结构特点,考虑转子不同接触面之间非线性连接参数,提出一种综合利用薄层单元和零长单元建模的两步模型修正方法,采用基于响应面优化的静态结构非线性分析以及基于随机统计学模型的粗糙表面接触分析进行薄层单元材料参数以及零长单元接触刚度系数识别,建立组合转子轴系动力学模型。根据某型发动机氢涡轮泵转子结构特点设计制造转子试件,对其自由模态进行试验研究,得到了不同螺纹预紧状态以及轴向预紧作用对组合转子轴系前两阶模态特性的影响。对比试验数据可知所提模型优化方法可以很好地反映出不同轴向预紧作用下组合转子轴系前两阶模态频率的变化趋势,在转子模态参数线性变化范围内计算误差小于1%,验证了该方法的正确性和有效性,为组合转子轴系精细化建模提供了参考依据。

径向来流畸变对燃气轮机压气机叶片颤振特性的影响研究

为分析来流畸变对燃气轮机压气机颤振特性的影响,建立了径向畸变的入口来流总压模型,基于影响系数法研究了不同相位角和不同畸变强度的径向来流总压畸变对压气机流场特征及气弹稳定性的影响。结果表明:相位角为90°和180°的径向来流总压畸变会使危险工况下的气动阻尼最小值有所增大,气弹稳定性提升;相位角为180°的径向来流总压畸变可以在所有叶间相位角下提高压气机的气弹稳定性;相位角为0°和270°的径向来流总压畸变均会提高压气机发生颤振的风险,需要尽量避免。

转子叶盘结构减振方法研究

转子叶盘结构在高速和超高速的运行状况下,可能因为失稳而剧烈振动,进而引发严重的安全事故。增大叶盘结构阻尼是减轻其振动的有效方法之一。国内外学者针对叶盘结构,开展了大量的研究,为了充分了解叶盘结构减振方法的研究进展,推动相关问题的深入研究,提出了将叶盘结构减振分为干摩擦、内摩擦和其他能量转换方式。对叶盘结构减振方法的相关研究进展进行了总结,并展望了叶盘结构减振的未来研究方向。

液体火箭发动机故障诊断系统冗余容错技术研究综述

综述了液体火箭发动机故障诊断系统冗余容错技术研究,介绍了液体火箭发动机故障诊断系统在航天任务中的重要性及其不断发展的需求,强调了高可靠性和安全性对于航天任务成功的关键作用,详细分析了当前国内外在这一领域的研究现状,展示了不同国家和研究机构在故障诊断系统冗余容错技术方面的最新进展和具体应用实例,阐述了冗余容错技术对于火箭发动机故障诊断系统的重要性并探讨了该技术的发展历程、关键技术及当前研究成果;通过对比几种经典冗余容错手段,指出各冗余结构对于火箭发动机故障诊断系统的可行性与优缺点,详细介绍了发动机故障诊断系统的双机热备实现方案,为相关研究者提供参考依据;从理论基础到实际应用,从当前研究遇到的技术挑战再到未来发展方向的展望,为液体火箭发动机故障诊断系统冗余容错技术的研究提供了全面的综述和分析。

45号钢热轧钢板延伸率的影响因素研究

针对45号钢热轧中厚板生产过程中出现的力学性能不合格,尤其是延伸率不合格的情况,进行了关于45号钢热轧钢板延伸率影响因素的研究。通过对45号钢热轧钢板试样进行宏观性能拉伸试验和微观金相组织观察,将伸长率合格试样与不合格试样在非金属夹杂物、带状组织、珠光体百分含量、晶粒大小等方面进行了对比,得出了影响45号钢热轧钢板延伸率不合格的因素。

氢氧发动机知识封装与应用研究

依靠知识推动技术创新,推进知识重用辅助产品设计研制,以氢氧发动机领域为应用场景,通过对氢氧发动机知识封装与应用研究,采用CAX工具结合可视化技术将知识封装为标准化组件,将氢氧发动机研制过程中产生的经验、知识、方法、工具等封装成具有知识伴随且能够被快速灵活调用和重用的应用程序,并结合知识应用场景复杂度高的特性,在发动机涡轮泵总体方案快速设计过程中基于知识工程平台进行专业领域应用验证,为设计人员提供可重用的专业知识服务,从而提高设计效率,缩短设计周期。

易熔塞测试装置的研究设计

易熔塞一般用于气瓶、容器、液力耦合器、紧急切断阀等装置和设备上,当环境温度升高,达到设定值时,易熔塞中的易熔合金就会发生融化,从而对装置和设备起到过载保护的作用。易熔塞测试装置是易熔塞试验过程中不可或缺的重要设备,对验证易熔合金的熔化温度及抗挤出压力方面具有重要意义。对低温介质用紧急切断阀中使用的易熔塞进行测试所需要的专用测试装置进行了研究和设计。

俄罗斯航天发射场进化史——拜科努尔航天发射场和东方航天发射场对比研究

1引言作为苏联首个航天发射基地,拜科努尔航天发射场(Baikonur Cosmodrome)参与了众多的火箭发射项目。在长达半个世纪的时间里,它衔接俄苏历史,出色地完成了从苏联火箭转向俄罗斯火箭的过渡工作。如今,俄罗斯政府开始逐渐将运载火箭发射任务转移至新修建的东方航天发射场(Vostochny Cosmodrome)。作为俄罗斯最新的一个发射场,东方航天发射场具备很多现代化设施.

沉锂母液回收锂工艺研究进展

在采用碳酸盐沉淀法生产碳酸锂过程中,约有20%的锂会损失在沉锂母液中。从沉锂母液中回收锂,既可以解决碳酸锂生产工艺废水的排放问题,又可以提升锂的总回收率,对国家战略能源储备和企业生产具有十分重要的意义。各种沉锂母液回收锂工艺中,析钠法工艺简单易操作,但基本只能生产工业二级碳酸锂产品,产品价值不高;沉淀法大大提升了母液中锂的回收率,但磷酸盐和氟化盐的使用会引入大量磷酸根离子和氟离子,对环境具有很大的不利影响;吸附法工艺简单、锂选择性好、回收率高,但存在吸附剂实际吸附容量小和溶损严重的问题;萃取法具有锂选择性强、提取率高的优点,但传统萃取体系均采用无机酸反萃,反萃酸度高,导致设备腐蚀严重,作业环境差。开发低成本、高效率、绿色环保的回收技术,是未来沉锂母液回收锂的必然发展方向。

质子交换膜燃料电池系统阳极排放技术研究

针对燃料电池系统气-水分离器自身结构特点以及目前常用的电流积分排水策略存在不能准确判断分离器的水位及系统排水策略控制精度低、可靠性差等问题,在气-水分离器上集成液位传感器,将燃料电池系统排水阀复杂的算法控制转换为简单的开关控制。经试验验证,系统在排水过程中阳极压力波动范围较小、电堆输出性能稳定、氢气损耗低,该燃料电池系统气-水分离器及其排水阀间歇性排放策略优化方法是有效的,有助于燃料电池汽车的进一步推广使用。