氢氧火箭发动机高速氧涡轮泵转子动力学特性研究

转子动力学问题是液体火箭发动机研制中最复杂的问题之一.为了保证高速转子的稳定工作,必须对转子进行动力学设计计算和试验研究.对氢氧发动机高速转子的结构设计、临界转速计算和转子动力学的动态特性试验研究等内容进行了介绍.     

高压多级氢涡轮泵转子动力学设计与试验研究

转子动力学问题是液体火箭发动机氢涡轮泵研制中最复杂的问题之一。为了保证高速转子的稳定工作，必须对转子进行多方面的研究和试验。介绍了在高压多级氢涡轮泵研制过程中转子的结构设计，临界转速计算和转子动力学的试验研究等内容。     

液体火箭发动机涡轮泵轴承支承刚度及轴向位置对转子系统临界转速的影响

临界转速是液体火箭发动机涡轮泵转子系统的主要动力特性参数之一,随着转子系统工作转速的不断提高,临界转速对保证发动机安全可靠运行至关重要。建立涡轮泵转子系统的动力学模型,计算其临界转速,分别研究泵端和涡轮端轴承支承刚度和轴向位置对临界转速的影响,为液体火箭发动机涡轮泵转子系统结构设计、诊断与维护提供理论依据。     

冷拖动工况下转子发动机三维流场的数值模拟

对标准k-ε两方程湍流模型进行可压缩性修正及旋转修正，发展了同时考虑可压缩性修正和旋转修正的湍流模型．以商业软件FLUENT为平台，编制自定义UDF程序将修正加入．通过对FLUENT软件进行二次开发，实现转子机工作区域网格的更新．考虑转子与缸体间漏气，对冷拖动状况下转子发动机内部三维湍流流动进行了数值模拟．计算结果揭示了转子发动机流场的分布规律，为转子发动机的性能预测及优化设计提供了依据．     

小型涡喷转子动力特性研究

某型涡喷发动机在实际试车时,出现振动偏大现象,为了排除故障,对该发动机转子的动力特性进行计算分析.根据实际结构,在ANSYS中建立了有限元计算模型,在此基础上计算了转子临界转速和稳态不平衡响应.分析得到,该转子工作在两阶临界转速之上,且在整个工作转速内没有临界转速点.该分析方法为转子临界转速的计算提供了比较完善的方法,分析结果为发动机安全运行提供了理论依据.     

小型涡喷发动机转子系的动力学模型修正

为提高小型涡喷发动机转子系的动力学模型精度,提出基于固有频率的模型修正方法.文中以某微型涡喷发动机转子为研究对象,建立了合适网格数量的有限元模型;通过灵敏度分析,确定了待修正的参数;以仿真与试验之间的频率残差为优化目标,将模型修正问题转换为优化设计问题;采用一阶优化方法对敏感的参数进行修正后,模型的精度有了大幅提高.修正后的模型为微型涡喷发动机的振动特性研究,提供了更可靠的分析模型基础.     

航空发动机双转子系统的模态分析

为了更好地了解和掌握发动机固有的振动特性,利用有限元分析ANSYS软件,对某型发动机双转子系统进行了固有频率及振型计算。通过改变轴承的刚度与原计算结果作对比,分析轴承刚度的改变对整个系统动力特性的影响。结合振动力学相关理论,对设计方案进行动力学评价。结果表明,该方法运算速度快,输入参数少,特征值、特征向量求解精度高。     

特种环境下发动机瞬时起动特性的仿真研究

基于全面考虑影响发动机起动特性的各种因素, 开发了一个多缸发动机起动及动态过程的仿真数学模型, 模型包括动力学模型、负载模型和缸内热力过程模型。利用该模型对发动机进行了仿真计算, 并给出了瞬态过程的仿真结果, 为发动机的设计和优化提供了有益的依据。     

点火提前角对天然气转子发动机燃烧过程的影响

以火花点燃式转子发动机为研究对象,建立了相应的湍流和燃烧模型,实现了发动机工作过程的动态模拟。在此基础上,计算得到了转子发动机缸内流场、温度场的演变及火焰传播过程,并计算分析出了不同点火提前角对缸内燃烧过程的影响。计算结果表明：燃烧室内部涡流对火焰传播起着积极的加速作用,点火时火花塞位于涡流区到单向流的过渡区域最好。随着转子运动,涡流会因燃烧室容积减小而受到挤压并消失,在涡流消失时刻一定的情况下,为了充分利用涡流的作用时间,应该适当地增大点火提前角。在计算工况下,当点火提前角为47°时,发动机的燃烧效率和气缸内压力峰值均最高,并且NO_x的排放较少。此研究为其他不同工况下,转子发动机的最佳点火提前角的确定提供了理论参考依据。     

引信球转子起动时刻判定

在质心、形心与弹丸旋转轴三者均不重合的引信球转子解除保险运动过程动力学模型基础上讨论了球转子运动微分方程组求解的初始条件，建立了质心、形心及弹丸旋转轴均不重合时引信球转子起动时刻的受力平衡方程组。作为实例计算了某引信球转子解除保险运动的起动点。     

直升机涡轴发动机燃油调节系统建模与仿真

依据直升机涡轴发动机控制原理,分析了直升机动力系统的控制回路,在已有对直升机动力系统研究的基础上,给出某型涡轴发动机及直升机旋翼的数学模型,并对某型直升机涡轴发动机燃油调节器进行具体的机理分析,建立了该调节器的数学模型。在以上数学模型的基础上,对该型直升机涡轴发动机燃油调节系统进行了全数字仿真研究,揭示了该型燃油调节器...     

武装直升机与空地导弹系统相容性分析

针对武装直升机与空地导弹的机-弹相容性问题,提出一种综合多因素的系统分析方法。从直升机旋翼下洗气流对初始弹道的影响、直升机飞行速度对初始弹道的影响、导弹发射过程中导弹弹道与直升机的相对位置关系、发动机喷流对直升机的影响等多角度,综合分析各种因素对载机和空地导弹的影响。该方法完善了直升机载空地导弹与载机相容性分析体系,可为直升机载空地导弹的机-弹相容性设计、攻击条件选择等提供技术支持。结果表明,直升机攻击时更高的飞行速度、合理的初始弹道设计以及减少发动机喷流可以提升武装直升机与空地导弹的相容性,仿真和实测数据结果验证了系统分析方法的有效性。     

导流槽和混合比对发动机喷流噪声特性影响实验研究

为分析研究火箭发动机喷流噪声特性的影响因素,设计了火箭发动机喷流噪声实验系统;采用BK数据采集系统及噪声处理软件进行噪声数据的采集和分析,研究发动机混合比以及导流槽对火箭发动机喷流噪声特性的影响。结果表明:随着发动机混合比的上升,发动机从富燃燃烧状态转换到富氧燃烧状态,噪声声压级降低;导流槽对喷流噪声有遮蔽作用,且随着导流槽距喷管出口距离的增大,遮蔽作用下降,噪声声压级上升。     

小型无人直升机活塞式发动机建模技术

针对传统的无人直升机发动机研究方法存在的问题,提出一种新的活塞式航空发动机系统建模方案。结合旋翼系统的特性,利用叶素理论对旋翼桨叶进行分析,分别建立了发动机功率特性模型和旋翼的负载模型,根据发动机的动力学特性得到发动机的转速,并通过Matlab仿真和试车台试验进行验证。仿真试验结果证明:该模型合理可行,能够满足无人直升机的仿真控制要求。     

基于可拓数据挖掘技术的故障诊断和预防方法

针对发动机转子故障诊断和故障预测的问题,提出一种可拓数据挖掘技术.将该技术应用于发动机转子系统的故障诊断和预防领域,利用可拓遗传算法从大量原始数据中挖掘出转子系统的故障规则,根据可拓学中挖掘蕴含知识的原理,发现变化条件下故障规则的转变趋势.结果表明:该方法有效、可行,能实现对故障的预防,为探究故障诊断中故障类型的变化问题提出了一种新的思路.     

井下火箭发射燃气对消音层冲蚀损伤模型及特性

井下火箭发射过程中消音层在发动机高温、高速燃气流作用下存在冲蚀损伤，会影响火箭发射安全，系统分析消音层燃气冲蚀损伤特性，对消音层的后期修复以及地下井结构优化具有重要意义。消音层冲蚀损伤是复杂的热-流体-固体多场耦合问题，以典型玻璃丝棉消音层为例，建立玻璃丝棉相变传热和烧蚀损伤数学模型；基于燃气流场数据提取与预处理、插值程序编写和有限元分析软件Abaqus用户子程序开发，搭建消音层燃气冲蚀损伤仿真平台，采用子模型技术，建立玻璃丝棉烧蚀数值仿真模型；对玻璃丝绵烧蚀过程进行仿真，并分析地下井井筒直径、燃气射流初始冲击高度及发动机建压速率3个因素对玻璃丝棉烧蚀损伤的影响；通过玻璃丝棉原理性冲蚀试验对数值仿真模型进行验证。结果表明：玻璃丝棉普遍发生烧蚀，且主要发生在回流和失稳阶段，沿地下井周向分布差异较小，沿轴向越靠近底部烧蚀越严重；减小井筒直径或增大建压速率将加剧烧蚀，增大冲击高度会减少烧蚀；试验结果显示玻璃丝棉都有一定的烧蚀，证明建立的仿真模型是正确的。     

发射箱易碎后盖开启过程的数值计算

易碎盖技术在箱式或筒式发射中具有明显的优势,其开启过程涉及冲击波传播及射流运动等复杂的物理现象。利用动网格技术,以固体火箭发动机为研究对象,研究了易碎后盖开启过程,得到了后盖开启过程中流场压强和温度分布,并对开盖过程中燃气射流流场情况进行了分析。结果表明：冲击波在发动机射流径向一定范围内有较高的超压峰值,会对发射装置和周边设备产生破坏作用;后盖运动对燃气射流流动产生了影响,表现为燃气射流随着后盖向下运动而向下方传播的同时,由于受到后盖的阻挡发生反射回流现象;运动过程燃气流冲击作用逐渐变小,除核心区外后盖上的温度和压强也逐渐变小;后盖运动的仿真实验结果与实际试验数据一致,获得了较好相似性。     

基于虚拟样机技术的鱼雷周转斜盘发动机动力学分析

为了在鱼雷发动机的设计阶段进行正确选型,基于虚拟样机技术,建立了不同型式周转斜盘发动机的动力学模型,包括静缸式直导槽发动机、转缸式直导槽发动机、静缸式"8"字导槽发动机和转缸式"8"字导槽发动机,并运用ADAMS软件对以上型式的发动机动力学性能进行了仿真分析。仿真结果表明,从发动机的总体启动性能、自平衡性、关键零部件之间的受力状态以及工作平稳性等方面综合考虑,转缸式直导槽周转斜盘发动机相比较其他型式的发动机,可基本实现自平衡,滚轮和导槽之间不会发生冲击力,转速相对稳定,在工程上应优先采用。