/oa /oa/darticle.aspx?type=view&id=202305001 针对高马赫数飞行条件下(Ma=8,其中燃烧室内流马赫数为3.88)超燃冲压发动机燃烧组织方案的优化问题,采用三维可压缩雷诺平均(RANS)数值模拟方法对采用不同燃料喷射角度和凹腔后倾角的燃烧方案进行了数值模拟研究。结果表明:高马赫数下燃烧主要集中在凹腔和燃烧室近壁区,随着燃料喷射角度的增大,燃烧反应更加剧烈; 增大燃料喷射角度和减小凹腔后倾角能提高混合效率,从而提高燃烧效率,燃烧也更充分,但是燃烧引起的总压损失也会相应地提高; 高马赫数条件下发动机内流阻力很大,大约是发动机净推力的7～8倍,而增大喷射角度和减小凹腔后倾角有利于提高发动机的推力性能,其中采用135°的逆向燃料喷入方案获得的正推力最大,此时燃烧位置相对靠前,有利于燃烧室设计尺寸的小型化。 2023年10月25 00:00 2023年05期 1 12 4364870 李嘉航¹,石保禄^1,2,赵马杰^1,2,王宁飞¹ /oa/darticle.aspx?type=view&id=202305002 为研究喷注压降对空气加热器喷雾燃烧流场的影响规律,采用DPM离散相模型,结合考虑湍流燃烧效应的涡耗散模型对酒精/液氧/空气三组元加热器进行仿真计算,并与理论计算及试验结果进行对比,验证模型的准确性。仿真结果表明:在保持三组元流量恒定的条件下,提高空气喷注压降能够缩短酒精喷雾的雾化距离与火焰长度,当空气喷注压降提高后,能使喷雾距离缩短50%,火焰长度缩短40%,燃烧室内温度分布更加均匀,有利于提供满足试验需求的均匀热气流; 同时,降低酒精喷注压降能够减小酒精喷雾的穿透距离,使火焰更加集中于燃烧室轴线处; 当空气喷注压降超出工作范围时,火焰无法附着在喷嘴出口,容易造成加热器熄火; 过高的酒精喷注压降会使燃烧火焰周期性摆动,不利于燃烧室热防护。 2023年10月25 00:00 2023年05期 13 22 6032207 范博,沈赤兵,王科 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202305003 利用发动机燃烧室稳定燃烧阶段的压力振荡信号,提取热声谐振模态频率及其幅值,并建立不同复杂程度热声振荡理论模型辨识获取各模态衰减系数,是当前试验评估燃烧室燃烧稳定性裕度的一种重要手段。建立了二阶随机振子热声振荡理论模型,采用基于最大峭度准则的变分模态分解算法提取压力振荡信号的热声谐振模态,开展了模态提取算法和时/频域辨识方法验证,并将其应用于某针栓式气氧/乙醇模型发动机燃烧稳定性裕度评估分析。结果表明:与传统的带通滤波算法相比,峭度最大变分模态算法有效提高了热声谐振模态的提取精度和使用便捷性。 2023年10月25 00:00 2023年05期 23 31 3751525 樊志伟,钟战,李庚,聂万胜,何博 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202305004 为发展RBCC动力系统,同时进一步探索推进性能对入轨有效载荷的影响规律,对以DRBCC为动力的两级入轨飞行器运载特性进行了研究。在给定飞行器构型和飞行剖面基础上,开展了该飞行器180 km近地轨道两级入轨设计。结果表明:以DRBCC飞行器作为第一级,配合独立火箭动力的第二级,150 t级飞行器180 km近地轨道的有效载荷为4.773 t; DRBCC的推力和比冲与飞行器飞行状态密切相关,DRBCC在2.5 Ma以下时一直工作在混合模态,而在2.5 Ma以上直接转入亚燃冲压模态; 在亚燃和超燃冲压模态,DRBCC的比冲随马赫数变化较为平缓,而推力出现了波动,且在亚燃冲压模态波动较大; 两级入轨过程中,DRBCC混合模态主要使飞行器完成爬高,亚燃冲压模态同时用来完成爬高和增速,超燃冲压模态主要用来增速。 2023年10月25 00:00 2023年05期 32 38 1546408 张帆¹,张会强² /oa/darticle.aspx?type=view&id=202305005 为了研究RBCC发动机火箭模态及火箭冲压模态的工作特性,基于发动机地面自由射流试验结果,利用一维气动理论构建了发动机火箭及火箭冲压模态的性能分析模型,对发动机6 Ma来流条件的试验数据进行了处理,获得了发动机轴向的沿程气流参数,分析了发动机的热力循环、工作效率、有效能分布以及部件和排气中的有效能分配比例。结果表明:一维计算得到的推力与试验结果误差在5%以内; 火箭冲压模态下火箭燃气的引入可以有效提升发动机的热循环效率(约提升20%),火箭燃气的引入对有效能产生率和有效能的分配比例影响不大,火箭冲压和冲压模态的有效能产生率分别为0.45和0.48; 火箭模态推力增益产生的主要原因是火箭燃气的能量添加至冲压流道中,形成了有效的热力循环,产生了机械能增量,最终表现出推力增益,约为29%。 2023年10月25 00:00 2023年05期 39 45 1015329 南向军¹,李斌¹,何国强² /oa/darticle.aspx?type=view&id=202305006 液体火箭发动机高速涡轮泵系统包含多道浮环密封、轴端机械密封、滚动轴承等微小间隙约束的摩擦学基础部件,间隙内流体与多部件的相互耦合作用效应会导致转子系统动力行为的演变,其机理研究成为整机朝着更高性能与极端化方向(高速、高压、低温/高温等)发展的理论指导基础。首先,构建了考虑流体膜厚方程、动态雷诺方程、介质属性方程以及支撑单元力平衡方程的机械密封热弹流模型和浮环密封动态性能分析模型; 其次,耦合各摩擦学单元动态性能模型,发展了包含机械密封、浮环密封、滚动轴承、涡轮泵转子等多功能部件耦合的整机转子系统的动力特性分析模型; 最后,采用数值方法实现了对上述多个模型的求解,获得了典型工况条件下的涡轮泵系统动力学行为演变规律。结果表明组合密封导致系统对临界特性影响较小,能导致瞬态响应增加和失稳转速降低。 2023年10月25 00:00 2023年05期 46 58 2602175 张国渊¹,廉佳汝¹,赵伟刚²,梁茂檀¹,赵洋洋¹ /oa/darticle.aspx?type=view&id=202305007 在火箭发动机涡轮泵高速轴承试验中,轴承的可靠性对保证试验的成功至关重要。针对涡轮泵轴承故障特征难以从原始信号中提取的问题,基于EMD-Hilbert包络解调分析方法,对涡轮泵高速轴承故障特征进行识别。采用EMD方法对原始信号进行自适应分解,获得若干个IMF分量; 基于相关性指标最大原则筛选IMF分量进行信号重构; 对重构信号进行Hilbert包络解调分析,提取出故障轴承的特征。以某型号涡轮泵低温高速轴承试验的真实故障数据验证本方法的有效性,数据记录了试验装置在阶梯式升速全过程中保持架故障的振动加速度信号。分析结果表明,基于EMD-Hilbert包络解调分析方法能够提高信噪比,最大程度保留保持架故障信息的周期性冲击成分,并能有效提取保持架故障频率、故障倍频及各种调制频率成分,实现对涡轮泵高速轴承故障的有效识别。为深度解析轴承保持架故障情况,结合系统11种运行状态,提出了一种轴承渐进劣化全过程的解析方法,确定出轴承故障早期人为干预的具体时刻。 2023年10月25 00:00 2023年05期 59 65 1986365 臧东情,秦雷,何伟锋,张栋,刘鑫,刘瑞欣 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202305008 为探究口环间隙对离心泵性能的影响,以双级低比转速高速离心泵为研究对象,测量了原型及减小口环间隙改进型的水力性能,对比了两种方案的测试结果,结合试验数据和计算分析了口环间隙对离心泵泄漏损耗及摩擦损耗的影响。结果表明:减小口环间隙能有效提高离心泵的扬程及效率,改进方案的泵效率提升约5%; 在设计转速测量工况范围内,随着流量的增大,原型方案的扬程系数逐渐下降,小口环间隙方案的扬程系数变化较小,扬程系数下降使得计算的泄漏损耗占比变化更加显著; 尽管减小口环间隙会增加摩擦损耗,但考虑泄漏损耗的影响时,确保运行安全的情况下减小口环间隙是提高泵性能的有效途径。 2023年10月25 00:00 2023年05期 66 72 1512770 周治华,王浩明,王园丁,李小芳,林庆国 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202305009 为提高预压泵的水力性能,通过响应面法对高速预压泵的诱导轮进行了多参数水力优化。选取叶片倾角、入口安放角、出口安放角、分流叶片轴向位置、入口轮毂直径和出口轮毂直径这6个结构参数作为影响因素,基于中心复合有界设计原理设计了78组诱导轮方案,并通过数值仿真获得78组诱导轮的扬程和效率。对计算结果进行极差分析,获得各影响因素对诱导轮扬程和效率的影响。结果表明:出口安放角和出口轮毂直径对诱导轮的扬程影响较大,分流叶片轴向位置和入口轮毂直径对扬程的影响较小; 入口安放角对效率的影响最大,出口轮毂直径对效率的影响最小。通过线性回归分别得到扬程系数和效率的响应面模型,以效率大于60%作为约束条件,利用罚函数法对扬程进行寻优,使诱导轮扬程提升15.4%。 2023年10月25 00:00 2023年05期 73 80 1414883 黄锡龙,杨宝锋,严俊峰,李春乐,许开富 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202305010 使用无旋特征线法和拟抛物线公式对某地面启动喷管进行了设计,考虑了4种常用的钟型喷管型面,即最大推力喷管、最优抛物线喷管、截短理想喷管、压缩截短理想喷管。通过使用自编高效欧拉方程耦合附面层修正喷管流场求解器求解流场,得到喷管在绝热条件下的真空比冲、出口壁面压力等关键信息,然后使用FLUENT软件计算喷管的流动分离状态,进而比较了这4类常用的钟型喷管的性能和低空使用边界。结果表明,4类喷管在该设计条件下性能差距很小,但是抛物线喷管和压缩截短理想喷管均可通过调整型面来提高喷管出口壁面压力从而扩大喷管的可用面积比进而提高比冲。 2023年10月25 00:00 2023年05期 81 90 2402228 刘阳旻,田原,马志瑜,杜宁,丁煜朔 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202305011 为了解决发动机在恶劣工作环境下点火困难和易熄灭的问题,采用数字电路控制放电频率、固态开关控制放电输出,研制了一种数字变频固态点火装置,该点火装置能够在10～30 V直流宽电压范围内稳定输出,放电频率启动时为6 Hz、启动后自动变换为1 Hz,具有放电火花持续时间长和长时持续工作等优点。所研制的点火装置是国内首台已成功装机应用的具备变频连续点火能力的数字点火装置,自应用以来,故障率明显低于现有点火装置,能够满足地面启动、空中启动和高原等复杂气候环境下的高可靠点火工作。 2023年10月25 00:00 2023年05期 91 98 1625005 闫东东^1,2,肖峻¹,赵军²,冯建昌² /oa/darticle.aspx?type=view&id=202305012 硝酸羟胺(HAN)发动机如果采用传统肼类均匀分配喷注器,那么在靠近喷注器一段距离的催化床内,中心温度低于边缘温度,中心位置反应物转化率低于边缘位置,并且中心位置反应物质量分数高于边缘位置,该不均匀性将影响发动机工作寿命。针对HAN发动机喷注器采用传统设计方案容易使得催化床中心过载的问题,提出了一种“外密内疏”流量分配喷注器设计方法,并给出了该方法的设计理论。开展了基于传统喷注器结构和新型“外密内疏”喷注器结构的60 N HAN发动机热试车试验,对比结果表明,传统均匀分配喷注器的60 N HAN发动机工作680 s后发动机失效,而采用新型特种流量分配方案喷注器的发动机可较稳定地完成1 200 s长稳态工作。提出的新型喷注器设计方法为长寿命HAN发动机工程应用提供了参考。 2023年10月25 00:00 2023年05期 99 106 1556271 白梅杉^1,2,於希乔^1,2,陆文杰¹,姚天亮^1,2,李森¹,韩冲^1,2,邱鑫^1,2 /oa/darticle.aspx?type=view&id=202305013 自动器是液体火箭发动机中用于调控工作过程的关键组件,其稳定性直接关系到系统的可靠性。为研究自动器管路系统的参数对系统动态特性的影响,根据液体火箭发动机系统中流量调节器、单向阀两种典型自动器的工作原理,基于国产自主化系统仿真软件平台MWorks,采用Modelica语言搭建流量调节器—管路系统和单向—管路系统模型,并分别开展了频域特性和时域特性仿真求解。考虑到MWorks以时间为仿真变量,为实现频域特性求解,将拉氏算子设置为全局变量,并通过拉氏算子与频率的关系以及频率随仿真时间变化的函数,得到频域参数随频率的变化曲线。结果表明:在MWorks中可通过以拉氏算子为变量的陈述式方程或传递矩阵形式的频域数学模型来构建液体火箭发动机组件频域模型,并可通过组件连接的方式完成系统动态特性仿真,且仿真结果满足精度需求。 2023年10月25 00:00 2023年05期 107 116 2202076 孙永鑫¹,周晨初²,张黎辉¹,胡海峰²