液体火箭贮箱闭式增压系统仿真研究

液体火箭贮箱增压系统通过控制火箭推进剂贮箱气枕压力,使推进剂出口压力和流量达到发动机系统要求.本文利用AMESim建立了气瓶贮气闭式增压方案仿真模型,对增压过程进行了研究,模型符合实际工作过程.     

低速机燃油系统的循环喷油量波动特性

为分析船用低速柴油机燃油系统循环喷油量特性使柴油机稳定运行,本文基于自主设计的船用低速机增压式双阀电控燃油喷射系统建立了仿真模型,并验证了模型的准确性。利用标定后的仿真模型,在全工况平面内研究了各特征参数对系统循环喷油量波动的影响。为确定影响系统循环喷油量波动的关键因素,在不同工况点对影响循环喷油量波动的因素进行了量化分析。结果表明:增压活塞大头直径、增压活塞小头直径以及喷孔直径对循环喷油量波动的影响最为显著;在不同轨压和喷油脉宽下,其量化率分别为30.61%～41.82%、27.90%～44.18%和1.42%～25.81%,在研究系统循环喷油量波动特性时应首先考虑这些因素的影响。     

液压自由活塞发动机起动过程的实验研究

为研究液压自由活塞发动机（HFPE）的起动性能，对HFPE样机的典型起动方式进行了实验研究.根据HFPE的起动能源和激励方式的不同，给出了恒压阀控、恒压位控、起动蓄能器（SHA）阀控以及SHA位控四种起动方式.测试了恒压起动方式中活塞组件的位移特性、扫气腔压差、动力腔压差以及HFPE泵腔压差这4个起动性能参数随供油压力变化的曲线，分析了SHA方式下上述四个起动性能参数分别和初始蓄能压力的关系.讨论了四种起动方式在激励方式、能量补充方面的差别.结果表明，位控起动的起动性能较阀控方式优良，适宜用于工作功率较高的场合，而阀控方式只能用在一些中低起动频率场合中.     

船用柴油机电控系统半物理仿真平台开发研究

为了对电控系统功能、性能测试和验证,建立了基于平均值原理的16V396TE94船用增压柴油机的数学模型,并且基于Tesis DYNAware软件,建立了增压柴油机多控制需求的参数化仿真模型和动力传动系统仿真模型.利用所建立的仿真模型和dSPACE硬件平台构成虚拟柴油机,与接口设备、真实的柴油机电控系统和执行器相连接,组成半物理实时仿真试验平台.利用该平台进行了起动、调速、相继增压控制等功能与性能仿真,并将仿真结果与配机实验值进行了比较,结果吻合度达到90%,并且特性趋势完全一致.结果表明该仿真系统精度高、实时性好,能够满足电控系统功能及性能测试要求.     

气动增压阀流量特性研究

为气动增压阀的优化设计及气动增压阀选型提供理论基础,针对气动增压阀的工作过程,综合考虑活塞摩擦、空气热交换等因素,利用热力学第一定律、气体状态方程、连续性方程、能量方程、动量方程建立气动增压阀的非线性微分方程组,利用MATLAB/simulink进行模拟仿真,得到气动增压阀工作过程中增压腔、驱动腔内空气的流量及压力变化规律.最后对其流量特性进行实验研究,发现气动增压阀在输出0.5、0.6、0.7 MPa压力空气时最大耗气量、排气量随着增压比的增加而降低;排气效率为50%左右、效率为60%～70%.     

基于晶闸管的带泵控制功能异步电机软起动的仿真研究

为了减小异步电机在起动过程中过高电流对电网的冲击,消除传统降压起动对电气和机械设备的不利影响,提高电机的起动特性,本文对电机的软起动进行了研究,并对其进行改进,得出新型具有泵控制功能的软起动器,它不但具有一般软起动器的电压斜坡起动和限电流起动功能,而且其泵控制功能够降低水泵起动和停止时造成的水锤,减轻管路系统的振动,使软起动器的功能更加完善。文中利用MATLAB搭建三相交流调压电路系统的仿真模型,并且对所设计的软起动器进行了试验测试,仿真结果表明这种带泵控制功能的软起动器不仅可以有效地减小电机起动时对电网的冲击,还能够减轻水锤的冲击,优化了电机的起动性能。     

低温推进剂贮箱分布参数仿真模型开发

低温推进剂贮箱用于贮存运载火箭能源,其气液参数分层现象影响液体火箭发动机推进剂输送系统特性。根据模块化建模和仿真思想,应用AMES-im(advanced modeling environment for simulations of engineering systems)软件开发了低温推进剂贮箱分布参数仿真模型。结合AMESim软件固有模型,建立了一种采用气瓶贮气式增压方案的增压输送系统仿真模型,对系统整个工作过程进行了仿真,较好地反映了低温推进剂贮箱的分布参数特性。     

活塞航空发动机复合增压技术仿真分析

为研究复合增压条件下活塞航空发动机高空性能,建立某型活塞航空发动机复合增压GT-POWER仿真模型并验证模型的准确性,对不同增压条件下的发动机高空特性进行分析。仅在一级涡轮增压条件下,发动机在5 000 m高空时,和地面工况相比,压力峰值降低26%且后燃现象严重,同时缸内温度上升,发动机热负荷显著增加,发动机功率下降。在复合增压条件下,高空时缸内压力得到恢复,缸内温度趋于地面工况,发动机功率得到恢复。该发动机搭载某轻型飞机进行高空试飞后,在7 600 m高空功率仍可保持80%的功率,验证复合增压技术满足高空飞行的需求。     

二维(2D)活塞泵原理性验证研究

介绍了二维(2D)活塞泵的结构和工作原理,该泵利用活塞双自由度的运动原理(转动的同时能够轴向移动)来实现吸排油功能,并根据其工作原理给出了该泵的理论流量计算公式.为了验证二维(2D)活塞泵原理的可行性和初步测试该泵的容积效率,搭建了试验平台,设计了空载流量特性试验和负载压力流量特性试验.在空载和负载工况下,该泵都能正常完成吸排油工作.在空载工况下,随着转速升高实际流量呈线性增长,与理论流量接近.在负载工况下,随着压力升高,流量减小.通过试验验证了二维(2D)活塞泵的原理可行,容积效率在空载时较高,在负载时随压力增大有所下降.     

自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统动力特性研究

为了提高车用内燃机余热能回收系统中膨胀机热功转换效率,通过试验与仿真相结合的方法,在压缩空气平台上对一台自由活塞膨胀机-直线发电机集成系统进行了试验研究,同时,基于MATLAB/Simulink软件搭建了系统仿真模型并进行了验证. 基于该仿真模型研究了活塞初始位移、活塞-动子连杆质量以及工作频率等对系统动力特性的影响. 结果表明:当仿真进气压力为 0. 188 MPa、工作频率为 2. 5 Hz 时,初始位移存在唯一值-0. 045 307 m,使得活塞以位移0点为中心做往复运动;当进气压力、工作频率一定时,活塞运动行程、速度峰值、加速度峰值以及指示功均随活塞-动子连杆质量增大而减小. 当系统启动时,工作频率应高于固有撞击频率f0 ,避免活塞对气缸顶面(或端面)产生撞击.     

油液特性对轴向柱塞泵流量脉动的影响

含气量、温度和压力作为反应油液特性的3个重要参数,在轴向柱塞泵仿真分析时易忽略其对流量脉动特性的影响。为了探究油液特性对轴向柱塞泵出口处流量脉动的影响规律,基于AMESim建立轴向柱塞泵的仿真模型,对不同的含气量、温度以及压力下轴向柱塞泵的流量脉动进行仿真,对其结果进行分析。结果表明:油液特性对轴向柱塞泵的流量脉动影响较大,轴向柱塞泵流量脉动特性随着油液含气量的增大而减小,随着油液温度的升高而减小,随着系统压力的减小而增大。     

面向舰船应用的直线电机泵控制策略及振动试验研究

为了解决传统船用泵振动噪声大、流量脉动高以及控制方式单一等问题,提出了一种新型直线电机驱动柱塞泵结构.以直线电机驱动柱塞泵系统为研究对象,研究了直驱泵的恒流量工作原理,构建了不同运动曲线的数学模型,仿真分析了直线电机对于不同运动控制模式和运动曲线的动态响应特性,并经过样机试验验证了控制策略的可靠性及减振效果.试验结果表明:基于Labview的速度规划控制程序具有良好的操控特性,直线电机的速度特性满足直驱柱塞泵高频高速往复运动的要求;泵用电机以PVT运动模式下三角波和S形波速度规划运行,直线电机最大跟随误差为87.5μm和91μm,均小于Spline运动模式下的三角波和S形速度曲线,有利于减小直驱柱塞泵组合流量的脉动和系统振动;试验系统的振动幅值在径向得到了约70%的削弱,其他方向也有较好的减振效果,验证了直驱柱塞泵系统以三角波/PVT模式运行时振动响应特性较为良好,系统振动得到了较大程度的削弱.     

水压轴向柱塞泵配流盘预升压角

为了调查流量特性,以水压轴向柱塞泵为研究对象,在考虑预升压角的作用和关键摩擦副泄漏的前提下,建立了泵实际输出流量的数学模型,对配流盘的结构参数进行了设计计算.运用PumpLinx软件对不同预升压角下泵的流场进行了数值模拟,对泵的流量特性进行了分析.研究结果表明:水压轴向柱塞泵在排水过程中,会产生流量倒灌现象,使得单个柱塞腔内的压力和流量以及泵的输出流量产生脉动.增大预升压角可以增长柱塞腔内部流体的预压缩时间,减小柱塞腔内部和泵出口的压力差,从而减少柱塞腔的流量倒灌量,降低柱塞腔内的压力和流量脉动.适当增大预升压角有利于提高泵的流量特性,预升压角取20°时,泵的流量特性最佳.但预升压角超过20°时,预升压区和预卸压区流量倒灌的叠加会导致泵出口的流量脉动增大.     

CPICP阀式配流系统工作特性的实验研究

提出了约束活塞型内燃式水泵的概念和它的工作原理,对其阀式配流系统进行了动力分析。为了证实仿真模型可以作为约束活塞型内燃式水泵性能分析和其它系统性能比较的依据,对其阀式配流系统的工作特性进行了实验研究,并对此阀式配流系统工作特性的实验结果和仿真结果进行了对比分析,分析结果发现误差在6%以内。实验表明,在油门开度相同的情况下,随着转速的增加,出水阀的压力变化平稳,而出水阀的流量明显增加;在转速相同的情况下,随着油门开度的加大,出水阀的压力明显增加,而出水阀的流量变化不大。实验结果与仿真结果非常接近,可以说明有关的理论分析计算是正确的,仿真模型可以作为约束活塞型内燃式水泵性能分析和其它系统性能比较的依据。     

柱塞泵斜盘交错角降噪结构优化

为了使斜盘式轴向柱塞泵的流体噪声在各种工况下都能够得到降低,研究并优化了一种柱塞泵斜盘交错角新型降噪结构.柱塞泵斜盘交错角是斜盘绕与斜盘倾角轴和主轴同时垂直的轴旋转形成的角度.交错角不同,柱塞在配流盘过渡区压缩量就不同,从而影响柱塞泵出口流量脉动和流体噪声.基于斜盘交错角降噪原理,建立带斜盘交错角的柱塞泵流量脉动模型,仿真分析了不同斜盘旋转角度对柱塞泵流量脉动的影响,结果表明：交错角旋转角度大于1°,柱塞泵流量脉动上、下峰值降低|旋转角度小于-1°,柱塞泵流量脉动上、下峰值升高|交错角旋转1°可以得到较好的降噪效果,并能在全压力范围内降低柱塞泵流量脉动,转速小于1 000 r/min时可以明显降低柱塞泵流量脉动.仿真模型的有效性通过“二次源法”得到了证实.     

内燃式水泵方案分析与设计

为解决传统的内燃机-柱塞式水泵组合系统存在的效率低、成本高等问题．采用将传统内燃机与柱塞泵工作原理、技术及结构集成的方法，研制出了一种直接利用内燃机活塞的直线往复运动实现泵水功能的内燃式水泵。根据其工作原理提出了分别采用液压蓄能器、组合弹簧和飞轮提供回程动力的3种设计方案，并采用评分法对其进行了分析评价和选择，根据选出的方案完成了结构设计。仿真计算结果表明，内燃式水泵与内燃机-柱塞式水泵组合系统相比输出功率、有效热效率全工况相对改善13％以上，燃油消耗率全工况相对改善12％以上。     

基于AMEsim直线电机往复泵建模及流量特性研究

针对传统旋转电机结构复杂、不易于调节和控制等问题,本文基于直线电机的特点,研究了直线电机动子直接驱动活塞杆做往复运动的往复泵,建立了往复泵在系统工作过程中的运动模型,并根据传统往复泵系统的运动规律,利用AMEsim进行仿真验证。仿真结果表明,采用合理的控制系统,直线电机往复泵柱塞的位移、速度、加速度等运动性能以及泵流量的输出较为稳定。该研究从理论上基本消除往复泵输出流量的脉动性,可满足现代机械工业对往复泵的要求,对直线电机往复泵的应用推广具有一定的研究意义。     

一种喷射泵系统装置和工艺参数的优化匹配方法

以喷射泵系统在给定的工作条件和井底流动压力变化范围内，在满足生产要求的前提下，平均工作效率最高为目标函数，取喷嘴—喉管面积比、地面泵功率和压力、油管尺寸共四个设计变量，从喷射泵复杂的迭代计算过程中确定出气蚀、系统工作性能等限定的十二个约束条件，建立系统优化模型。用约束非线性混合离散优化方法对喷射泵系统装置进行优化匹配。该优化匹配方法可为工程前期系统装置的总体规划和匹配提供理论依据     

剖面浮标“浮星”可变浮力系统性能研究

为了提高柱塞泵的容积效率,针对可变浮力系统（VBS）中内油箱处于真空环境下的特殊应用工况,基于柱塞泵进油口压力与液压油饱和蒸汽压的关系,建立柱塞泵进油口压力数学模型,分析弹簧刚度、吸油管路直径和压载舱真空度对柱塞泵容积效率的影响;结合AMESim软件,重点分析VBS排油和回油的流量特性;为了验证仿真模型和计算结果的准确性,搭建VBS性能测试平台. 结果表明：当柱塞泵进油口压力低于液压油饱和蒸汽压时,容易发生气穴现象,柱塞泵的容积效率会明显下降;通过调节弹簧刚度、吸油管路直径和压载舱真空度等参数的取值范围,使进油口压力满足设计要求,可以提高柱塞泵的容积效率,降低剖面浮标的运行能耗,从而提高剖面浮标的续航能力.