液体火箭液氧贮箱增压与结构耦合分析

一部分增压气体带入的能量通过与壁面热交换传递给贮箱壁面,传热过程快慢与增压气体流场和贮箱结构密切相关,而贮箱增压计算与结构设计分开进行,造成设计过程繁琐且周期较长,因此贮箱增压与结构耦合分析对于贮箱的设计具有重要意义。从现有文献来看,研究人员主要采用零维整体模型与一维分层模型分析增压过程,但以上两种模型仍存在不能展示箱内物理量的径向及局部分布等缺点,造成增压计算与结构耦合分析难以开展,计算流体力学技术将弥补这方面的不足。本文基于VOF（Volume of Fluid）方法建立了液氧贮箱的二维轴对称非稳态模型,对贮箱增压过程进行了数值模拟,固壁区的传热采用热阻试算法计算,通过与贮箱遥测数据进行比对,验证了模型的正确性。模型计算得到了气枕压力、和贮箱壁面温度的变化规律,并对壁面厚度和温度、增压气体温度和流量及其之间的作用规律进行了优化分析,结果显示增压气体温度、流量、壁面温度与厚度有强烈的耦合关系,结论可为贮箱结构设计提供理论依据。     

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。     

运载火箭推进剂交叉输送系统控制方法仿真研究

利用AMESim软件建立级间多贮箱并联的交叉输送系统仿真模型,利用交叉输送地面试验数据对模型进行修正,开展了2种控制方法的仿真计算,验证了采用截止阀控制和压力差控制:2种方法的可行性。研究表明：贮箱气枕压力和交叉管路流阻是影响推进剂交叉输送的重要因素;截止阀控制方案中贮箱压力的设计需重点满足芯级发动机最低泵入口压力条件,压力差控制方案中需综合考虑满足最低泵入口压力条件和维持芯级液位稳定的要求来设计贮箱压力;截止阀控制方案所需的助推贮箱压力较小、芯级液位控制难度更小,其性能更优。     

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。     

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。     

膨胀循环发动机低温起动特性研究

某氢氧发动机采用闭式膨胀循环,并采取箱压自身起动方式,最初的起动能源是经过结构尤其是以推力室冷却夹套为主的金属热容加温后的气氢,在贮箱压力确定的情况下,结构温度影响发动机起动特性,温度越低,起动能量越小,进而影响发动机起动可靠性.对发动机起动瞬态特性与推力室结构温度的关联性进行仿真分析与试验验证,获得膨胀循环发动机低温起动特性.     

待机过程中氧化剂贮箱压力计算方法

导弹待机过程中利用推进剂加注前、后末修贮箱的温度、压力参数，结合国外已使用的N2O4推进剂在15℃时氮气溶解度曲线数据，计算出加注过程中的氮气溶解量；根据氮气分压初值，用迭代方法计算出推进剂贮箱在任一温度下的压力，为判断贮箱是否泄漏提供了依据。     

对航天飞机助推器的试验得出各种各样的结果

美国航宇局设计了一个用于试验航天飞机改型助推器的试验台,该试验台通过再现点火压力和外贮箱载荷的影响来进行试验。在11月19日的第一次点火试验中,未对外贮箱加载,但适当地再现了更重要的内压载荷。马歇尔空间飞行中心的试验必须重复进行,但这会对航天飞机计划有很小影响。这次试验包括马歇尔空间飞行中心的瞬态压力试件,该试件采用一台缩小了的三段莫顿·塞奥科     

箱装导弹发射动力学分析与测试研究

为保障导弹发射安全,研究某导弹贮运发射箱设计可行性及发射过程中箱弹动力学特性.基于多体动力学理论,建立了发射系统动力学仿真分析模型,并利用Fluent软件建立了贮运发射箱流场分析模型.仿真分析结果表明:贮运发射箱与导弹适配性较好,能够满足导弹发射安全性要求.飞行试验测试结果验证了设计方案及仿真分析结果的有效性.     

复合材料低温贮箱的开发与应用

讨论了运载器用复合材料低温贮箱工作要求,详细描述了液氢、液氧贮箱、双叶贮箱、半保角贮箱等复合材料贮箱及推进系统其它部件（如燃料供给管、盖板、二次增压贮箱）等的开发与试验。     

轻质易碎结构在气体爆炸泄压防护中的使用研究

为研究轻质易碎泄压结构在建筑物内部气体爆炸防护中的适用性,根据室内气体爆燃压力特性及轻质易碎结构的泄压原理,分析了轻质易碎泄压结构在爆燃压力作用下的动力特性;运用气体爆炸加载实验装置开展泄爆实验,结合现行国家泄爆设计规范,确定了轻质易碎结构在室内气体爆炸泄压防护中的使用原则,并提出了泄压结构泄爆性能检测实验方法。研究表明：对硅酸钙板构成的轻质易碎泄压结构,开启动压随着室内爆燃压力作用时间增大而逐渐减小,可用于气体爆燃压力作用时间较长的情况,使用时应以开启动压为泄爆设计指标,必须进行泄爆性能测试。     

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。     

方形容器爆燃泄放过程中的压力特性实验研究

对乙烯-空气预混气体在一端开口的方形容器内泄爆过程进行了实验研究,分析了泄爆面积、泄爆压力和气体浓度对泄爆过程中压力发展和分布特性的影响,结合容器内压力峰值的变化对现有经验公式进行了讨论。结果表明：小面积泄爆时容器内压力出现明显的双峰值现象,且气体浓度主要影响第2个峰值的大小;大面积泄爆时气体浓度对压力峰值影响较小;泄爆面积较小且容器内预混气体接近最佳浓度时方形容器内压力分布梯度明显,远离最佳浓度或泄爆面积较大时容器内压力分布均匀;经验公式计算值与实验值之间的误差随工况变化很大。研究结论为方形容器和建筑物泄爆安全设计提供参考。     

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。     

复合结构喷管温度场及应力场数值模拟

为了保证喷管在高温燃气中的结构安全,必须对喷管的温度分布及热结构进行准确的预估.为此,建立了复合结构喷管的轴对称有限元模型,采用CFD流体计算软件和ANSYS热分析及结构分析模块,对喷管的温度场及应力场进行了数值模拟,实现了热-结构耦合计算.计算结果表明,喷管内壁的对流换热系数在喉部达到最大;温度的峰值出现在扩张段下游到喉部,在同种材料内温度连续变化;在不同材料交界面处温度和应力出现明显的梯度变化,并形成应力集中.所得结论可为喷管结构设计、安全评估提供技术支持.     

一种软硬件结合确保火工品测试安全的方法

针对工程应用中如何确保含火工品类单机设备测试安全性的问题,提出一种软硬件结合的火工品测试方法。在地面测试系统硬件中采用火工品动态识别技术,在软件中增加火工品状态表征字。工程实践验证结果表明：该方法在提高火工品测试覆盖性的同时确保了测试安全,为工程设计领域提供一种可靠的方法。     

稀土系储氢合金电化学性能的研究现状

稀土系储氢合金以其能量密度高、高倍率充放电性能、长的循环寿命和良好的环境相容性等优点,被广泛用于MH-Ni电池负极材料。目前提高稀土系储氢合金的容量,改善其电化学性能,是广大研究者的研究热点。介绍了国内外MH-Ni电池的生产状况,从储氢合金的工艺、组成、工作温度等研究方向,概述了储氢合金的研究现状,并对稀土系储氢合金以及MH-Ni电池的应用和发展前景进行了展望,指出随着移动式和无绳式电子产品数量的增加,电动汽车的迅速发展,以及未来能源结构的改变,储氢合金的应用领域会越来越广。     

一种HMX基PBX炸药在热与落锤撞击复合作用下的响应特性

为了研究炸药在热与撞击复合作用下的安全性,采用自行设计的试验装置,对Φ20mm×8mm的HMX基PBX进行了20~170℃范围内不同温度下50kg落锤撞击试验。试验中利用压力传感器测试撞击过程中炸药受力变化。利用高速摄影系统拍摄炸药撞击点火过程。获得了PBX炸药在不同温度下的撞击响应特性。结果表明,成型PBX炸药的撞击安全性与温度密切相关,其中82℃时撞击安全性提高,170℃时撞击安全性明显变差。在20~170℃范围内,随温度升高,PBX炸药的撞击感度先降低而后逐渐提高,这与PBX炸药在高温下的力学性能发生变化、热膨胀、热分解导致的损伤以及HMX发生晶型转变等因素有关。     

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。     

某型靶弹系统火工品安全控制设计

针对某型靶弹系统火工品安全全流程管控问题,进行火工品危险严重性分析,划分弹载组件、靶弹、发射状态3个层次开展安全设计.采用钝感点火,功率驱动和恒过载解保、延时解保串联方案,保障火工品静电、运输、跌落、异常撞击等环境下的安全;靶弹层面,设计电气隔离、工作2种状态,能力覆盖靶弹运输、存储、测试、模拟发控等全部非发射工况;发射状态下,采取逐段管控、串联保险、单一接口操控策略,保障技术准备、发控对接、试验发射等应用环节安全.实际应用结果表明:该设计可靠、有效地实现了火工品安全全流程控制.