為提高火箭總體運(yùn)載性能,利用AMEsim軟件研究液體火箭交叉輸送系統(tǒng)的動態(tài)特性,采用模塊化思想,通過增壓、貯箱、管路輸送系統(tǒng)等功能模塊,構(gòu)建了基于AMEsim軟件的交叉輸送流體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),并采用實驗數(shù)據(jù)對壓力和流量進(jìn)行有效性驗證;通過模擬推進(jìn)劑壓差控制模式下在網(wǎng)路系統(tǒng)中的流動特性,得到了交叉輸送過程中管路內(nèi)壓力的變化特性;為保證芯級貯箱出流量最小,分析了對芯級貯箱臨界壓力的影響因素,得到其關(guān)于初始加注量、體積流量、飛行過載的關(guān)系。結(jié)果表明:臨界壓力值與助推級初始加注量、飛行過載成反比,與體積流量成正比;在臨界壓力下,助推級初始加注量對水擊壓力無顯著影響;隨著體積流量的增加,芯級管路水擊壓力逐漸減小,助推級水擊壓力則逐漸增加;飛行過載增大時,芯級與助推級水擊壓力均呈增高趨勢。 

【文章來源】：西安交通大學(xué)學(xué)報. 2020,54(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

交叉輸送裝置簡化圖

為了優(yōu)化推進(jìn)劑運(yùn)輸過程,削弱閥門啟閉導(dǎo)致的水擊現(xiàn)象,本文對壓差控制管路間交叉輸送方案進(jìn)行探究。壓差控制工況下,助推級與芯級之間的壓差可以保證在助推飛行階段芯級貯箱不出流,該方案通過控制芯級貯箱隔離閥、交叉輸送隔離閥、泵前閥的啟閉,實現(xiàn)助推級和芯級之間的推進(jìn)劑共享。方案中閥門的具體控制時序見圖3。2 仿真模型

常見的交叉輸送系統(tǒng)有管路間交叉輸送、貯箱間交叉輸送、貯箱/緩沖罐間交叉輸送3種類型,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。Schwanekamp等人研究指出,管路間交叉輸送形式最簡單,但對閥門控制的要求高,存在助推級與芯級切換過程中推送劑流量不連續(xù)以及管路漏熱等問題;貯箱間交叉輸送在分離時管路間推進(jìn)劑流量穩(wěn)定且漏熱小,但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,如何保證一個助推級貯箱內(nèi)的推進(jìn)劑流入芯級貯箱是需要克服的問題;貯箱/緩沖罐間交叉輸送綜合了上述2種交叉輸送方式的優(yōu)點,且很好地克服了它們的缺點,然而會增加質(zhì)量[7]。Gormley等人研究了以LOX/LH2為推進(jìn)劑的雙助推對稱交叉輸送系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)采用重力輸送方式管路間交叉輸送LO2、LH2貯箱質(zhì)量最小且結(jié)構(gòu)最簡單[9]。Nguyen等對交叉輸送過程中的貯箱增壓系統(tǒng)進(jìn)行模擬,并與以水為介質(zhì)的縮比實驗進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)實驗與模擬結(jié)果吻合良好[10]。Chandler等設(shè)計了一個以水為工質(zhì)的縮比實驗來模擬交叉輸送過程[11]。馬方超等研究了管路間交叉輸送系統(tǒng)方案并搭建實驗系統(tǒng),以水為介質(zhì)開展地面實驗,獲得了增壓系統(tǒng)下貯箱內(nèi)壓力波動情況[12]。一些學(xué)者對交叉輸送系統(tǒng)中的局部部件進(jìn)行了模擬。廖少英等對交叉輸送分離系統(tǒng)進(jìn)行了實驗,重點對蝶形活門分離采用啟動螺栓/啟動分離接頭2種結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行探討,并以水為介質(zhì)對分離系統(tǒng)進(jìn)行了縮比實驗[5]。針對貯箱部件,有學(xué)者曾對低溫貯箱晃動現(xiàn)象進(jìn)行研究,分別提出了相應(yīng)的防晃措施[13-14]。湯波等通過Flow-3D軟件建立貯箱模型,研究了交叉輸送下貯箱晃動現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)助推級與芯級之間采用重力輸送方式時,推進(jìn)劑晃動周期短,助推級貯箱間初始液位差將緩慢地達(dá)到平衡,對火箭總體運(yùn)動無影響[6]。此外,國內(nèi)外還針對推進(jìn)劑在輸送管路內(nèi)的預(yù)冷過程[15-17]、壓力波動[18-19]、空化現(xiàn)象[20-22]開展了相關(guān)研究。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]低溫氣液兩相流中壓力波傳播特性研究[J]. 李翠,莊鈺涵,程亦薇,厲彥忠.  低溫工程. 2019(01)
[2]低溫管路預(yù)冷過程兩相流動與換熱計算研究[J]. 王嬌嬌,陳虹,厲彥忠,王磊,李翠.  西安交通大學(xué)學(xué)報. 2019(01)
[3]液體運(yùn)載火箭交叉輸送總體參數(shù)研究[J]. 湯波,胡久輝,邵業(yè)濤,黃輝.  導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù). 2017(03)
[4]液體火箭推進(jìn)劑交叉輸送系統(tǒng)試驗研究[J]. 馬方超,李德權(quán),吳姮,劉文川,丁建春.  載人航天. 2017(03)
[5]簡諧激勵下大型低溫貯箱防晃設(shè)計[J]. 晉永華,厲彥忠,王磊,劉展,李翠.  航空動力學(xué)報. 2015(06)
[6]美國“獵鷹重型”運(yùn)載火箭[J].   國際太空. 2011(08)
[7]低溫流體經(jīng)過彎管時的空化現(xiàn)象分析[J]. 李翠,厲彥忠.  低溫工程. 2008(02)
[8]新一代運(yùn)載火箭增壓輸送系統(tǒng)交叉輸送技術(shù)研究[J]. 廖少英,顧仁年.  上海航天. 2005(03)



本文編號：3420001