火箭推进

不完全角度背景纹影层析测量综述

2024年12月25 00:00

实现对非定常流动的三维测量一直是航空航天、能源环境、燃烧诊断等领域的研究重点。背景纹影法是近20年来兴起的一种新型流场测量技术,仅需相机和背景就能动态测量非定常流场,具有大视野、高频动态、低成本、好测量的优势。受空间、成本限制可用的测量光路并不多,背景纹影只能在有限角度内稀疏采集。对不完全角度背景纹影层析测量技术的应用现状和发展进行综述:首先介绍背景纹影成像及层析测量的基本原理和测量系统,分析当前背景层析测量中面临的不完全角度问题; 其次回顾近年来所发展的不完全角度背景纹影层析重建算法; 最后对背景纹影层析测量技术的发展提出展望,认为利用压缩感知和其他非端到端式深度学习等理论,结合丰富的先验信息和其他层析技术,可以为不完全角度背景纹影层析重建问题的解决提供新思路。

液体动力试验数字化转型技术进展与展望

韩明,李大海 — 2024年12月25 00:00

液体动力试验数字化转型是构建液体动力数字化研制的重要一环,技术的研究和应用是现阶段的迫切问题。分析了国内外航空航天产业数字化转型技术发展的现状与趋势,在试验业务特点和关键技术进展的基础上,提出了液体动力试验数字化转型的目标、路线和后续技术发展重点,设计了数字化试验体系总体框架,以液氧煤油发动机交付试验为试点开展了数字化转型试点,为加快液体动力试验体系的数字化转型提供了技术发展参考。

基于计算机视觉的结构位移测量技术及应用进展综述

2024年12月25 00:00

基于计算机视觉的结构位移测量技术以非接触、无附加质量、高空间分辨率、测量周期短、测试简便等优势引发了众多学者的关注和研究,产出了众多成果。其中部分成果已经成功应用在火箭发动机整机、机架、管路等结构的力学试验,大型工程结构状态评估和健康监测中。为促进基于计算机视觉的结构位移测量技术更好应用于液体火箭发动机工程中,对近来关于应用计算机视觉测量结构位移的技术和实际工程应用进展进行了综述。首先,概述了基于计算机视觉测量结构位移相对于其他测量方法的显著优势; 其次,总结概述了基于计算机视觉的结构位移测量技术; 在此基础上,介绍了基于计算机视觉的结构位移测量技术在实际工程中的应用,并对实际测量结果进行了概述; 最后,对基于计算机视觉的结构位移测量在实际应用中面临的问题进行总结,对未来基于计算机视觉的结构位移测量技术进行了展望。

超声波液体推进剂气泡检测技术研究综述

2024年12月25 00:00

液体推进剂混入气泡会对发动机的启动和稳定运行产生影响,可能导致发动机突然熄火,造成重大的安全事故和经济损失。因此,准确检测液体推进剂中的气泡具有重要的意义。首先总结了液体推进剂中气泡的形成原因和发展过程。进一步,对现有气泡检测方法的原理、特点以及研究现状进行详细讨论,指出了超声波检测技术在液体推进剂气泡检测的优势。详细阐述了超声波多普勒、超声波衰减、超声波层析的气泡测量原理,并总结了超声气泡检测技术的研究现状以及未来发展的趋势。通过对气泡形成和发展、现有气泡检测方法、超声波气泡检测技术等的介绍和展望,为液体推进剂气泡检测技术发展和后续研究提供了重要参考。

一体化姿控火箭发动机小推力测量方法

2024年12月25 00:00

在液体姿控火箭发动机的小推力测量过程中,由于高频交变载荷的影响,推进剂供应管路的振动及其约束会对推力测量的准确性产生较大影响,而传统的黏结式应变片灵敏度低,在测量过程中会产生蠕变,导致测量结果不准确。针对这一问题,提出了一种新型的推力测试方法,该方法采用轮辐式一体化火箭推力测量结构,将管路与敏感梁集成在推力测量结构上,极大地减少了管路振动引起的测量误差。通过玻璃微熔技术在不锈钢基底上制备应变单元,实现推力的高精度测量。传感器测试结果表明该装置非线性性能为±0.45%FS,重复性性能为±0.16%FS,迟滞性能为±0.40%FS,基本测量误差达到±0.62%FS,满足小推力发动机的实际测试需求,为有约束条件下的小推力测量以及宽温区推力测量等提供了一种新的方法和途径。

基于本征正交分解的撞击射流模态特征提取

2024年12月25 00:00

基于两个方向的高速摄影实验,通过本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)方法研究了撞击射流动态变化过程中的空间和时间特征。通过不同流速下实验图像分析阐明了撞击射流基本流动模式的特征变化。正视图像序列的模态分解结果解析了撞击波模式和撞击波-液膜破碎混合模式的空间特征,并且表明撞击波模式的单个模态能量和累计模态能量更高。侧视图像序列的模态分解结果阐明了侧视撞击波特征、液膜破碎特征和液膜上液滴断裂特征,对于撞击波模式,相对的一组高阶模态的时间系数具有反向变化的趋势。正视图像中波峰和波谷均被识别为波动峰值,导致正视图像模态特征频率是侧视图像对应模态特征频率的2倍。将基于奇异值分解的本征正交分解方法应用于不同工况下撞击射流的图像序列测试与分析,通过提取空间波动特征和频率特征,有助于优化液体火箭发动机雾化结构设计和运行参数。

一种新型管路脉动压力激励装置及系统的研制

2024年12月25 00:00

为试验研究火箭发动机液流部件或系统在脉动流态中的动态响应特性及可靠性问题,迫切需要一种装置来产生频率与幅值可控的脉动流。研制了一种新型脉动压力激励装置及系统,它由激励装置本体、磁力传动和控制系统等构成。激励系统设计了一种内置式旋转轮机构,转动时周期性通断管路,由此实现在管路中激励产生脉动压力; 采用电磁感应传动装置实现无泄漏传递扭矩动力; 自动控制转轮转速变化,实现脉动压力的频率变化控制。试验结果表明,激励装置系统在18 MPa的管路中,能产生频率为0～250 Hz的脉动压力激励,压力时域幅值超过7 MPa,分频幅值超过6.6 MPa。激励装置系统可通过调节流量、改变孔板孔径来调节脉动压力幅值,可通过改变转速来实现脉动压力的定频或扫频。所研制的激励装置系统运行时实现零泄漏,适用于高压、低温、有毒或易燃等介质环境,能有效解决某些特殊条件下管路脉动压力激励的实现问题。

联合运动放大和3D-DIC技术识别发动机管路的高阶三维振型

2024年12月25 00:00

掌握液体火箭发动机管路的模态特性对于管路的抗疲劳设计是至关重要的。由于发动机的激励频率较高,相应的高阶振型对应的结构位移幅值通常非常小,往往被测量系统的本底噪声所掩盖。采取了一种新的方法,通过对定频激励下立体相机拍摄的振动视频进行运动放大,进而对放大后的图像序列进行三维数字图像相关(3D digital image correlation, 3D-DIC)分析,可以从系统本底噪声以下的位移中识别出结构位移,实现对结构高阶三维振型的精确测量。在合适的放大倍数下,未出现由于运动放大导致的散斑图像对应关系恶化,进而导致3D-DIC计算失败的问题。以悬臂梁为实验对象,采用微型激振器以前三阶固有频率激励结构,从低于本底噪声的位移响应中获得了悬臂梁的前三阶离面振型,与三维激光扫描测振技术(3D scanning laser doppler vibrometer, 3D-SLDV)所得的振型高度吻合。此外,成功地将该技术应用于实际的液体火箭发动机导管的高阶三维振型辨识,获得了3个空间分量的振型结果。该方法结合了运动放大的直观性和3D-DIC的定量分析的优势,对于发动机关键结构在低量级正弦激励下的三维振型分析具有应用价值。

机械密封端面比压数字化测试技术

王洪福,董丽双,刘鑫,王晨光,涂霆 — 2024年12月25 00:00

机械密封作为液体火箭发动机涡轮泵中密封的关重件产品,其端面比压的大小影响密封性能。提出了一套机械密封端面比压数字化测试系统,该系统基于IEEE802.15.4的产品数字化测量技术可实现测量数据传输,设计的试验装置可平衡介质的作用力并保证机械密封的高垂直度。基于PID控制的自动配气技术可提供高精度、程序化的介质,采用O型圈+自动压紧的技术可实现静环组件快速固定。利用电机、滚珠丝杠、光栅尺的自动调节压缩量技术可高精度调节静环组件的压缩量,基于LabVIEW的测控系统对试验的参数进行测量并协同控制各子系统。对测试系统的关重要技术及结构进行可行性分析及仿真验证,并通过实验验证:自动压紧的密封性能良好; 自动配气精度由±0.05 MPa提高到±0.02 MPa; 压缩量精度由±0.02 mm提高到±0.005 mm; 单件产品单压缩量端面比压测试时间由15 min减少到5 min。

液氮非定常空化流动时空演化特征试验

2024年12月25 00:00

基于低温介质空化流动实验装置和高速纹影测量系统,研究了液氮非定常空化流动密度分布的时空演化特征。试验中应用高速摄影技术与纹影测量技术对温度为77 K的液氮在不同空化数下的空穴结构与密度分布进行了综合测量。基于试验结果,分析了初生空化、片状空化以及大尺度的云状空化这3种典型低温空化流型的非定常特性与空穴结构演化。研究结果表明:①通过纹影测量系统捕捉到了在背光试验中观察不到的空化引起的密度梯度结构。②在无空化流动时,液氮经过喉口未发生明显的密度变化,在空化条件下,经过喉口的液氮空化流动中观察到了空化流动的密度梯度,且这一区域出现在附着型空穴上方,起始于喉口,离开空穴时消失; ③空化区域汽液混合物声速远小于液相,局部马赫数增大,介质受到压缩后密度发生改变,产生条纹状密度梯度结构; ④条纹结构区域密度梯度的变化对应于当地空化流动时空演化特征。

应用于航天发动机的镀金光纤光栅高温动应变测量技术

2024年12月25 00:00

在航天发动机的地面热试车或高空模拟试验中,通过准确测量高温管路的动应变参数,可以有效掌握结构疲劳和裂纹情况,从而提高发动机载荷能力分析和剩余寿命预测能力,这对于掌握发动机的工作状态具有重要的工程意义。西安航天动力研究所针对该动应变测量需求,提出采用镀金涂层的飞秒激光刻写光纤光栅(FBG)进行高温动应变的测量。通过高温温度特性试验,开展了温度补偿技术研究,明确了高温应变温度补偿方案; 在高温等强度梁上对高温应变测量准确度和温度补偿方案的可行性进行了验证。结果表明,经过高温温度补偿以后应变测量误差在±5×10^-5范围内,可以满足航天液体发动机高温动应变测量准确度的要求。该光纤高温应变技术目前在本研究所设计的多个型号发动机热试车中高温动应变的测量中获得了良好应用。该技术具有测量成本低、测量准确性高等特点,可以在300～800 ℃范围内实现管路壁面动应变的准确测量。

小直径导管焊缝X射线柔性检测技术与应用

2024年12月25 00:00

针对液体火箭发动机小直径导管空间异形结构特点,自主研制了导管焊缝柔性检测系统,攻克了复杂结构导管的视觉识别难题,实现了不少于500种发动机导管的自动化检测应用,解决了导管产品长期以来存在的透照布置困难的问题。检测系统可通过视觉信号通信对各类导管产品进行自动识别、标定及坐标转换,并可根据不同导管的特征及规格自适应切换抓取夹具和检测参数,结合机器人运动路径规划与透照姿态编程控制,使检测一致性达到100%。利用检测系统对导管焊缝开展X射线数字成像检测工艺研究,获得了良好的图像分辨率与检测灵敏度,图像质量优于标准要求。与X射线胶片照相方法相比,检测系统的应用使单根导管检测时间缩短至90 s,人员劳动强度大幅降低,检测效率提升5倍以上。

核磁共振测速技术及其在涡轮叶片内部通道中的应用

2024年12月25 00:00

核磁共振测速技术(magnetic resonance velocimetry,MRV)利用原子核的电磁特性,通过解析原子核在梯度磁场作用下拉莫尔进动的相位差,获得速度分布。与光学速度测量技术相比,MRV无粒子入侵,不受光学条件的限制,可以快速测量复杂结构通道内全空间三维速度场。利用MRV测量涡轮叶片内部多流程通道的速度分布,结合多流程通道传热分布特点,分析带肋多流程通道内三维流场特性与影响传热强化的特征流动结构,探索流动传热的耦合机理。结果表明,MRV能以高分辨率精确解析多流程通道内复杂的三维流动特征及其沿流程演变; 弯道处流动具有复杂的三维特征,存在显著的二次流动; 肋片引起的二次流动冲击下端壁,是当地传热强化的主要原因。

低温管路动应变光纤光栅测量的光谱畸变抑制

2024年12月25 00:00

动应变是分析和治理火箭发动机管路振动问题的重要测量参数。针对低温管路动应变光纤光栅测量面临的光谱畸变问题,开展了抑制光纤光栅应变传感器光谱畸变的方法研究。选择了3种适用于直径≤30 mm的小管路应变测量的光纤光栅应变传感器封装和安装方法并开展了试验验证。第一种方法是拉伸光纤光栅并将光纤光栅及其两侧光纤整体粘接到管路表面; 第二种方法是拉伸光纤光栅并将光纤光栅之外的两侧光纤粘接到管路表面; 第三种方法是光纤光栅套毛细管拉伸并将毛细管及两侧光纤整体粘接到管路表面。在液氮试验中,套毛细管的4只光纤光栅未发生谱峰分裂,其中3只光纤光栅的反射谱半峰全宽相对变化≤5%、谱峰强度相对变化≤6%,光谱畸变得到了有效抑制; 光纤光栅应变测量值与通过管件热膨胀施加的应变吻合。结果表明,光纤光栅套毛细管拉伸整体粘接方法可用于火箭发动机低温小直径管路动应变测量。