【摘要】：靜態(tài)特性仿真與分析是液體火箭發(fā)動機(jī)研制過程中的重要環(huán)節(jié)與必要手段。國內(nèi)外針對液體火箭發(fā)動機(jī)的靜態(tài)特性仿真開展了大量的工作,取得了一系列學(xué)術(shù)成果,為工程實(shí)踐提供了依據(jù)和指導(dǎo)。但與國外相比,我國在低溫火箭發(fā)動機(jī)靜態(tài)特性仿真的模型準(zhǔn)確性、平臺通用性和靜態(tài)特性分析的應(yīng)用研究方面還存在較大的差距。為此,本文開展了低溫火箭發(fā)動機(jī)的靜態(tài)特性建模與仿真分析,建立了低溫火箭發(fā)動機(jī)靜態(tài)特性模型庫,并對低溫火箭發(fā)動機(jī)的性能可靠性、性能參數(shù)敏感性、參數(shù)調(diào)節(jié)特性、以及故障仿真與診斷等熱點(diǎn)工程問題開展了研究。本文對低溫火箭發(fā)動機(jī)各部件的靜態(tài)特性開展了理論分析,建立了渦輪泵、燃燒裝置、管路和節(jié)流元件等主要部件的靜態(tài)特性模型。其中,針對低溫推進(jìn)劑的密度和溫度在泵后變化較大的情況,引入了泵后溫升模型,提高了低溫泵揚(yáng)程與效率的計(jì)算準(zhǔn)確性;針對氫氧推力室冷卻夾套傳熱計(jì)算誤差較大的問題,通過理論分析與試驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納,對冷卻夾套的計(jì)算模型進(jìn)行了修正,提出了有較高計(jì)算精度的氫氧推力室冷卻夾套傳熱計(jì)算模型;針對基于伯努利方程得到的汽蝕文氏管模型不適用于液氫的問題,引入了等熵算法,解決了液氫汽蝕管的流量計(jì)算問題;針對發(fā)動機(jī)系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)質(zhì)量特性的關(guān)注,根據(jù)低溫發(fā)動機(jī)的實(shí)際數(shù)據(jù)對已有的發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量估算模型進(jìn)行了修正,建立了低溫發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量近似仿真模型。根據(jù)低溫火箭發(fā)動機(jī)各部件的靜態(tài)特性數(shù)學(xué)模型,基于模塊化建模思想,使用Modelica語言搭建了低溫發(fā)動機(jī)的各主要部件的靜態(tài)特性仿真模塊,組成了低溫火箭發(fā)動機(jī)靜態(tài)特性模型庫,形成了通用的低溫火箭發(fā)動機(jī)靜態(tài)特性仿真平臺�；陟o態(tài)特性仿真平臺,對液氧/甲烷發(fā)動機(jī)開展了性能可靠性評估和性能參數(shù)敏感性分析,通過蒙特卡洛仿真得出了該型發(fā)動機(jī)的性能可靠性指標(biāo);通過單因素敏感性分析和多因素敏感性分析方法,結(jié)合極差分析與方差分析原理,得到了對該型發(fā)動機(jī)性能影響最大的參數(shù),并指出了這些參數(shù)對性能影響的顯著性高低;對全流量補(bǔ)燃循環(huán)發(fā)動機(jī)的參數(shù)調(diào)節(jié)特性開展了研究,考慮到調(diào)節(jié)精度和閥門的工作可靠性,分析了以各種調(diào)節(jié)方案開展推力和混合比調(diào)節(jié)時發(fā)動機(jī)各部件參數(shù)的變化特性,并比較出相對更優(yōu)的調(diào)節(jié)方案;開展了50噸級氫氧火箭發(fā)動機(jī)的靜態(tài)特性故障仿真與分析,得到該型發(fā)動機(jī)在各類故障模式下關(guān)鍵參數(shù)的變化趨勢與程度,并提出了氫氧火箭發(fā)動機(jī)的靜態(tài)特性故障矩陣,為該型發(fā)動機(jī)的后續(xù)研制和故障分析提供了依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V434

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