未来大推力氢氧发动机方案初步探讨

针对未来运载器对动力系统的需求,提出中国下一代大推力氢氧发动机的发展设想,对发动机系统方案、性能参数、动态特性和可靠性等方面进行了初步设计和分析比较。结果表明,所选择的发动机系统方案的可靠性、经济性和系统性能符合未来大推力氢氧发动机的技术发展趋势。     

新一代运载火箭50吨级氢氧发动机研制进展

50吨级氢氧发动机是中国为新一代运载火箭研制的首台大推力氢氧发动机。该发动机充分借鉴了中国以往的氢氧发动机研制经验,采用数字化设计手段、极具特点的研制模式以及新材料新工艺技术,突破了一系列关键技术,具有较高的可靠性和性能水平,可大幅提升中国进入空间和利用空间的能力。     

未来高性能氢氧发动机动力循环系统方案选择

未来单级入轨(SSTO)和大有效载荷的航天运输任务将要求设计比推力达490秒的高效率的氢氧发动机。高比推力可以通过选择高室压(≥4000磅/英寸~2绝)和进一步增加喷管膨胀比达到。这样的性能和压力环境使得火箭发动机只能选择高压、分级燃烧循环和低损失的燃气发生器循环。分级燃烧循环通过组合件效率和降低中间附加压力损失技术,燃气发生器通过高性能的燃气发生器工作,这两者似乎都是未来可行的方案。氢氧发动机推力室、涡轮、泵和燃气发生器组合件都是以重量低、压力大、效率高及性能损失小作为设计目标的。本文主要研究不同的动力循环系统及其有关制约因素。     

国外氢氧发动机研制的一些近况

为适应国际航天发射市场激烈竞争的需要,各航天大国都在积极研制的新型驼载火箭及其动力装置,以实现提高运载能力,降低运载成本、增加可靠性和任务自适应能力的目标,文中介绍了国外氢氧发动机研究的一些近况,并对它们的一瞟特点做了讨论。     

欧洲首次试验FLPP计划的分级燃烧发动机

将用于欧空局"未来运载器准备计划"(FLPP)中的分级燃烧火箭发动机缩比验证机在德国进行了首次点火试车。欧洲目前使用的火箭主发动机是火神发动机,用于阿里安5火箭,但由于其在设计上已经接近极限,因此研制一种新型低温主发动机是欧洲下一代运载器计划的研制重点,而采取的循环方式以及推进剂的选择对于液体火箭的性能具有重大影响。就循环方式而言,目前主要有开环和闭环2种循环形式,     

未来载人航天运载器用双组元和三组元推进剂发动机的比较

本文通过对三组元推进剂发动机与双组元推进剂发动机几种方案的比较,分析了在降低运载器使用费用的情况下提高运载系统的安全可靠性问题,可供设计未来载人航天运载器时参考。     

火箭-吸气发动机组合推进装置在弹道式空间运输系统上的应用

本文对总质量为155Mg的1(1/2)级弹道式可回收垂直起飞空间运输系统因使用吸气式动力装置而可能增加的有效载荷进行了估算。该系统包括:作为1/2级加给130Mg结构的、可回收的涡轮-火箭-冲压组合发动机环和早期工业研究中所考虑的垂直起飞、垂直着陆的单级纯火箭运载器。高压、高循环火箭发动机有时与吸气式发动机并联使用,两种发动机均采用氢氧燃料。由于起飞质量一定和采用吸气式发动机,火箭的推力和燃烧时间,循环转换和级分离点以及100m高度上的入射角便成了主要变量。采用的是现代科学技术。弹道除加速度限制外,不受任何条件约束,所以可以采用最佳推进系统。文中给出了推进系统性能图、上升弹道和重量分配。占总质量7.8％的相对有效载荷是按吸气式发动机运载器确定的,该百分比与一次使用的二级火箭运载器相比显然是很高了。     

利用数值分析对有排气喷管脉冲爆震发动机的推力性能评价

脉冲爆震发动机是利用激波加热引起燃烧,间歇产生超声速自由振荡爆震取得推力的发动机.其结构简单、热效率高,作为超声速飞机和下一代空天运载器的动力装置正引起世界关注.对使用氢氧化学反应模型的二维及轴对称脉冲爆震发动机进行了数值分析,评价了其推力性能.     

液氧/甲烷膨胀循环发动机启动过程研究

针对某型氢氧膨胀循环发动机直接换甲烷技术可行性进行研究。在氢氧膨胀循环发动机系统构成的基础上,通过启动仿真计算分析液氧/甲烷膨胀循环发动机上的启动特性,确定试验方案,进行点火试验。依据试车数据,进行比较分析,对仿真模型进行修正,为后续液氧/甲烷膨胀循环发动机的研究奠定理论基础。     

液氧甲烷发动机重复使用关键技术发展研究

重复使用运载器对动力系统的安全性、可靠性、使用成本等方面提出很高要求。液氧甲烷发动机重复使用性好、使用维护方便、性能高,综合性能良好,是重复使用运载器推进系统的理想选择之一。分析了液氧甲烷发动机的技术特点与优势,介绍了中国为重复使用飞行器研制的60吨级低成本、高可靠液氧甲烷发动机关键技术研究情况。通过试验研究,验证了液氧甲烷火箭动力具有良好的性能、高可靠性与多次重复使用能力。     

混合动力汽车发动机辅助控制器接口设计

发动机工作区域优化是实现混合动力车节能的重要手段,应用新一代车用嵌入式控制芯片,开发了混合动力车汽油机辅助控制器,设计了硬件接口包括发动机状态参数传感器输入信号处理模块、发动机直接起停及扭矩控制输出驱动模块和基于SAE J1939协议的CAN通讯模块等,为混合动力汽车主控制器和发动机控制之间提供了控制接口．试验结果表明,该控制器具有较高的数据处理能力和可靠性,硬件接口设计合理,响应速度快,满足混合动力总成对发动机控制的要求．     

汽车整车性能模拟研究

本文介绍了整车动力性、经济性和排放性模拟的基本原理及模拟系统 ,利用发动机测试数据对整车进行了动力性、经济性和排放性模拟 ,并利用该模拟系统对装有奥必托发动机的奥拓轿车进行了性能验证 ,对实验结果和模拟结果进行了对比分析 .试验证明 ,该模拟系统模拟结果与试验结果吻合较好 ,为整车性能改进提供了方向 .     

装甲车辆发动机载荷谱仿真与试验研究

载荷谱是装甲车辆发动机结构寿命研究的根本依据。为深入研究发动机载荷谱,以某型装甲车辆为研究对象,基于发动机工作过程数值计算方法、多体动力学理论和联合仿真技术,建立了包括动力装置、传动装置和行动装置的整车动力性能仿真模型。模拟了车辆行驶过程中驾驶员操作和路面状况对发动机动态工况的影响,并自主设计了挡位、车速传感器,通过实车试验对模型进行了验证。统计分析了装甲车辆发动机典型任务剖面下的载荷参数时间历程,得到了发动机及其零部件载荷谱,为基于载荷谱的装甲车辆发动机可靠性设计和试验提供了依据。     

循环参数对涡轮级间燃烧室发动机性能影响

文中采用变比热部件法建立了某型涡轮级间燃烧室发动机性能仿真程序,对比分析了风扇增压比、高压压气机增压比、涵道比、涡轮前温度等主要循环参数对涡轮级问燃烧室发动机和常规发动机性能参数的影响.结果表明:这些循环参数变化时,涡轮级问燃烧室发动机单位推力增长幅度较大,耗油率性能变化曲线趋于平缓,发动机综合性能提升,循环参数的可供选择范围变宽.     

变循环发动机性能优化方法研究

针对变循环发动机性能参数确定的复杂性,提出变循环发动机性能优化参数的表示方法.建立了带有约束条件的发动机性能优化模型,利用搜索算法,求解了在发动机耗油率达到最小和单位推力达到最大时的参数取值,并给出了马赫数与参数之间的变化规律.分析结果证实了该优化模型的稳定性.     

履带车辆动力传动系仿真研究

在MATLAB/SIMULINK环境下,基于部件的物理原理或试验结果,建立了某轻型履带车辆动力 传动系的模块化动态仿真模型,包括柴油机、液力变矩器、齿轮箱、换档离合器、换档控制器和车体等部件模型.使用该仿真系统可模拟不同油门开度下的车辆性能,及不同换档离合器结合压力条件下的换档动态响应.     

膨胀循环发动机技术现状及其进展

介绍了国际上膨胀循环发动机的循环系统选择、启动方式、膨胀推力室和喷管延伸段的技术水平和最新研制进展。性能高、结构简单、重量低、可靠性高、启动平稳等是膨胀循环发动机的主要优点。先进的膨胀循环发动机能满足未来低成本的高能上面级空间任务的需求。     

发动机加速过程的试验与模拟研究

发动机的加速过程动力性能对车辆动态性能好坏有直接影响,本文介绍了在一台非增压柴油机台架上进行的各种变速试验结果,并用开发的发动机加速过程软件对该柴油机进行了加速过程的模拟,取得了满意的结果。     

增程器发动机性能开发仿真分析

为开发增程专用发动机,应用GT-POWER软件建立某2.0 L汽油发动机性能仿真模型。通过热力学仿真计算分析,优化气门升程曲线和配气相位,实现阿特金森循环;预测发动机功率、扭矩、油耗等性能指标,提出发动机配气相位推荐方案。结果表明,该模型可为发动机正向开发及性能仿真分析提供技术支持。