微重力下低温贮箱内推进剂相变仿真模型研究

低温推进剂具有沸点低、易汽化的特点,相变是低温推进剂长时间在轨蒸发量控制问题中需要考虑的首要影响因素。相变模型对低温推进剂蒸发仿真起到重要作用,构建合理的相变模型成为低温流体蒸发量仿真重要的研究方向。基于4种相变理论,采用FLUENT软件二次开发的方法,建立基于相平衡和非平衡理论的4种相变模型,开展微重力下液氢推进剂蒸发的数值模拟,并与国外探空火箭试验进行比较和验证。研究结果表明：比较4种相变模型对贮箱内压力升高速率预示的准确性,得出了适用于微重力下低温推进剂仿真的相变模型。     

NASA低温推进剂长期在轨贮存与传输技术验证及启示

液氢/液氧低温推进剂被认为是目前进入空间及轨道转移最经济、效率最高的化学推进剂,但其沸点低,低温推进剂长期在轨蒸发量控制及贮箱压力控制等成为核心技术难题。结合国内外研究情况,分析了美国近年来低温推进剂长期在轨贮存与传输关键技术及地面试验,重点探讨了主动制冷技术、大面积冷屏技术及其他被动热控技术相结合的技术方案,给出了低温推进剂长期在轨贮存与传输技术的未来发展趋势。     

热力学排气系统低温流体轴向掺混过程研究

低温推进剂长时间在轨蒸发量控制问题是发展低温末级、轨道转移运载器以实现未来长时间在轨空间任务的关键;热力学排气系统为蒸发量控制提供了有效方案,而轴向流体掺混过程是热力学排气实现贮箱压力控制的关键。为研究轴向掺混过程下的流体行为特性,对流动、传热、相变过程建立了CFD仿真模型,利用国外地面试验进行了验证,对不同流量、流速、温度、喷口直径等因素开展了研究。结果表明:在不同的掺混流量和流速下,表现出4种不同的流动模式,流动模式决定了贮箱内流动、换热及相变的趋势,掺混剧烈的流动模式压力下降快,较低的掺混温度对推进剂品质的提升有积极意义。     

低温上面级滑行段的推进剂管理

介绍低温上面级的推进剂管理方法、落塔试验、飞行试验和流体动力学数值模拟.重点讨论半人马座连续推力控制和间断式推力控制的管理方法.多次启动与长时间轨道滑行是国外低温上面级的共同特点,间断式推力控制目前是基本的推进剂管理方法.对于连续推力控制,不应该简单地按照线性放大因子确定沉底段推力值;保持段推力值应根据干扰确定,不存在临界B0数.利用航天器分离后的运载火箭进行推进剂管理试验的方法值得借鉴.     

低温上面级滑行段的推进剂管理(续)

介绍低温上面级的推进剂管理方法、落塔试验、飞行试验和流体动力学数值模拟.重点讨论半人马座连续推力控制和间断式推力控制的管理方法.多次启动与长时间轨道滑行是国外低温上面级的共同特点,间断式推力控制目前是基本的推进剂管理方法.对于连续推力控制,不应该简单地按照线性放大因子确定沉底段推力值;保持段推力值应根据干扰确定,不存在临界B0数.利用航天器分离后的运载火箭进行推进剂管理试验的方法值得借鉴.     

低温末级滑行过程中贮箱压力仿真分析和控制

根据长征八号（CZ-8）火箭二级浅箱起动飞行任务剖面的新特点,需要准确预示并控制在微重力、大气枕容积条件下低温贮箱内的压力变化规律。通过建立箭体姿态控制和低温两相流体力热耦合的贮箱压力仿真计算模型,对滑行过程中低温贮箱内推进剂晃动、气液之间的换热和蒸发冷凝过程进行仿真分析,获取了准确的氢箱气枕压力变化规律。同时提出了滑行段低温贮箱压力多专业协同耦合设计和控制方法,支撑了浅箱二次起动任务的顺利实施,并在飞行试验中得到了验证。     

低温贮箱热力学排气系统建模及仿真分析

针对低温推进剂在轨贮箱蒸发量控制问题,建立低温贮箱热力学排气系统自增压和压力控制仿真模型,综合考虑贮箱封头气枕壁面模型、贮箱柱段气枕壁面模型、贮箱液体壁面模型、液相模型、环境模型、气液界面模型、气枕模型以及贮箱壁面液相-气枕壁面液膜模型等仿真模型,模型包含固体节点、气枕节点以及液体推进剂节点,通过对热力学排气系统J-T排气阀、换热器以及排气系统的耦合计算可得到相应的仿真数据。通过对NASA MHTB试验平台50%充灌率的试验进行仿真计算,结果表明,整个热力学排气系统运行过程的仿真数据与美国MHTB试验平台数据相吻合,可为低温推进剂在轨贮存仿真计算提供支撑。     

固体火箭推进剂的模拟低温点火冲击试验加载方法研究

固体火箭推进剂低温下点火瞬间高速加载的耦合作用可能会导致推进剂结构发生破坏,针对此问题,利用推进剂中止熄火的原理,设计了一种中止压力可控模拟点火冲击试验装置,以点火药燃烧产生的燃气对推进剂进行模拟点火冲击。点火压力根据药室容积和点火药量之间的计算公式确定,中止压力通过爆破片破片压力控制。通过对点火冲击过程的压力与时间和升压速率与时间关系曲线分析,得知点火压力和点火方式对点火药燃气的升压速率影响较大。多次重复试验表明：该加载方法中止压力可控,压力偏差<±5%;弱点火时升压速率为2 000 MPa/s,强点火时升压速率达到5 000 MPa/s, 高于通常发动机点火的升压速率;可作为固体火箭推进剂模拟低温点火冲击的研究手段。     

低温固体推进(CSP)技术研究进展

低温固体推进(CSP)技术综合了固体推进剂和和液体推进剂的优点,具有结构简单、可靠性高、能量水平高、环境危害小的特点.本文从CSP推进剂的性能、配方、药柱形式和原理发动机点火试验等方面详细介绍了国内外的研究进展,并且指出进一步提高CSP推进剂的贮存、使用温度和能量水平是CSP技术未来发展主要趋势,有助于推动CSP技术在我国的发展.     

氢氧发动机试验台低温系统设计与试验研究

主要对低温推进剂发动机试验台的液氢系统常见技术故障技术了分析和总结，着重从低温系统设计正确性、试验工艺合理性，试验技术安全性以及节约试验经费等几个方面进行探讨与研究。     

低温技术在氢氧火箭发动机试车台上的应用

介绍一座大型氢氧火箭发动机多功能高空模拟试车台所采用的几项新设备和新技术：分级预冷高压低温液氢容器；全包式液氮预冷夹套式低温液氢容器；高压低温截止阀；高压低温脉冲式安全阀；高压低温补偿器；低温贮箱的自动增压稳压技术；高压低温管路的密封技术等。这些技术填补了多项国内空白。     

CZ—3运载火箭

本文简要地介绍了CZ—3运载火箭(CZ—3)的研制情况、结构及性能。CZ—3是我国第一次采用液氢和液氧作推进剂的火箭,由于液氢的温度极低而且易爆,所以火箭上采用了绝热结构,对低温密封和防爆也采取了相应的措施。CZ—3第三级是两次启动的火箭,除了其发动机本身要适应两次启动的要求之外,为了保证火箭在滑行段的姿态稳定和火箭的正常启动,箭上增加了滑行段的姿态控制和推进剂管理系统。     

分布式液氧加注控制系统

以液氧加注控制系统为例，介绍液体运载火箭低温推进剂加注控制所采用的两级分布式系统。着重于描述液氧加注控制系统的结构原理、基本功能、设计特点，并详细阐明了控制，检测及网络管理技术。     

变轨发动机大型高空模拟试验台

论述了我国变规发动机大型高空模拟试验台总体技术方案、试验系统组成及所采用的关键技术,并对变轨发动机高空热试验成功进行了技术总结.变轨发动机高空模拟试验台采用新型四级蒸气引射试验装置,合理配置了蒸气引射试验系统、液氮供给系统、高温蒸气系统、循环冷却水系统、推进剂供应系统、高空点火抽气系统、发动机参数测量系统、监控系统、推进剂废气吸收处理系统.应用高温蒸气引射、低温液氮冷凝、超音速扩压器、模拟燃气负载调试、分布式测控等关键技术,完成了大型高空模拟试车台的建设,取得变轨发动机高空模拟试验的成功.该试验台是我国目前最大的空间发动机高空模拟试验台,填补了我国大型高空模拟试验设施的空白,而且达到了国际上同类试验设备的先进水平.     

一种动态自动称量技术

针对某些发射药颗粒较大,不能满足快速、精确称量的问题,设计一种动态自动称药控制系统。该系统主要采用皮带送药技术、气动震盘送药技术和在一定范围设置称药量值进行称量技术,通过粗加药与精加药比重的控制方法和设置控制提前量的控制策略,实现了大颗粒发射药的动态自动称量,并已在某发射药自动称量机项目中成功应用。实践结果证明:该技术降低了工人的劳动强度,提高了生产效率。     

危险气体监测系统设计及特性

危险气体监测对火箭发射起着重要作用，在火箭燃料加注过程中，为保证安全，需对低温贮箱共底压力和氢浓度进行连续监测，叙述了低温贮箱共底的危险气体监测系统设计及性能测试方法，给出应用帝例和试验数据。     

发射药自动混同设备及工艺技术

为解决在发射药加工过程中,发射药产品性能不相同的问题,对发射药自动混同设备及工艺技术进行研 究。分别介绍了圆斗式、回转型、重力式、第三联动等混同设备的组成和工作原理,对其实用范围和优缺点进行分 析,并对不足之处提出了改进和优化思路,对发射药的自动化混同进行论述。该研究可为发射药混同生产提供理论 参考,便于更好地控制混同过程,提升产品的一致性。