本文關(guān)鍵詞：雙模式推進(jìn)系統(tǒng)工作性能仿真研究

  更多相關(guān)文章： 雙模式推進(jìn)系統(tǒng) 流阻特性 雙組元推力器 肼電弧推力器 推力特性

【摘要】：隨著航天任務(wù)要求越來越多樣化,對傳統(tǒng)的推進(jìn)系統(tǒng)多樣性也提出了更多的要求。雙模式推進(jìn)系統(tǒng)由于具有比沖高和多次點火變軌的優(yōu)點,得到了廣泛的應(yīng)用。雙模式推進(jìn)系統(tǒng)可根據(jù)工況的需要切換不同的工作模式,實現(xiàn)推力器工作的多樣化。雙模式推進(jìn)系統(tǒng)即雙組元推進(jìn)模式、單組元推進(jìn)兩種工作模式。在雙組元推進(jìn)模式時的變軌工況下采用雙組元推力器。在單組元推進(jìn)模式時,系統(tǒng)有姿控和位保兩種工況,姿控時采用單組元化學(xué)推力器,位保時采用肼電弧推力器。雙模式推進(jìn)系統(tǒng)結(jié)合了雙組元推進(jìn)高比沖和單組元推進(jìn)高可靠、低推力、脈沖性好的優(yōu)點的雙重優(yōu)點,使系統(tǒng)具有更好的整體性能。本文以雙模式推進(jìn)系統(tǒng)為研究對象,通過三維和一維仿真相結(jié)合的方式對雙模式推進(jìn)系統(tǒng)的流動特性以及推力性能展開研究。首先依據(jù)仿真模塊化的思想,按照工作特性的不同把雙模式推進(jìn)系統(tǒng)相關(guān)部件劃分為以下模塊：閥門部件、推力器部件、系統(tǒng)其他組件(氣瓶、氣體管路、貯箱增壓系統(tǒng)、液體管路)等。在對其工作特點進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上下,建立上述模塊的數(shù)學(xué)模型。同時分別對雙組元推力器、單組元化學(xué)推力器以及肼電弧推力器進(jìn)行三維仿真研究,得到了推力器內(nèi)溫度、壓力的仿真結(jié)果,通過與同樣工況下試驗結(jié)果比對,表明仿真模型計算結(jié)果與同樣工況下試驗結(jié)果都比較吻合,驗證了仿真模型的準(zhǔn)確性。其次采用三維仿真軟件對閥門部件(單向閥、大流量自鎖閥、小流量自鎖閥)進(jìn)行仿真研究,分析了閥門瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)流動特性,通過對不同入口壓力、閥芯直徑、流道直徑條件下閥門流量壓降特性研究,為閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計和流場優(yōu)化提供了參考。最后采用一維仿真軟件對雙組元推進(jìn)模式和單組元推進(jìn)模式下系統(tǒng)流路特性進(jìn)行了仿真研究,分析了系統(tǒng)流動響應(yīng)特性規(guī)律,并獲得了兩種推進(jìn)模式下推進(jìn)劑流量特性曲線。以雙組元推進(jìn)模式下系統(tǒng)的流路出口流量作為雙組元推力器的入口邊界,基于已建立和驗證的推力器三維仿真模型,對雙組元推力器燃燒工作過程進(jìn)行仿真研究,獲得了雙組元推進(jìn)模式時軌控工況下推力特性。以單組元推進(jìn)模式下系統(tǒng)的流路出口流量作為單組元化學(xué)推力器和肼電弧推力器的入口邊界,對單組元推力器催化分解過程和肼電弧推力器工作過程進(jìn)行仿真研究,獲得了單組元推進(jìn)模式時姿控和位保工況下的推力特性。
【關(guān)鍵詞】：雙模式推進(jìn)系統(tǒng) 流阻特性 雙組元推力器 肼電弧推力器 推力特性
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V43
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 緒論12-26
• 1.1 研究背景與意義12-13
• 1.2 雙模式推進(jìn)系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-25
• 1.2.1 雙模式推進(jìn)系統(tǒng)的概述13-16
• 1.2.2 推進(jìn)系統(tǒng)工作過程仿真的研究現(xiàn)狀16-21
• 1.2.3 推力器工作過程仿真的研究現(xiàn)狀21-25
• 1.3 研究內(nèi)容25-26
• 2 雙模式推進(jìn)系統(tǒng)關(guān)鍵部件工作過程的數(shù)學(xué)模型26-63
• 2.1 閥門部件工作過程的數(shù)學(xué)模型27-28
• 2.1.1 流動基本控制方程27-28
• 2.1.2 閥芯運(yùn)動動力學(xué)模型28
• 2.2 雙組元推力器工作過程的數(shù)學(xué)模型28-34
• 2.2.1 氣相基本控制方程29
• 2.2.2 液相基本控制方程29-30
• 2.2.3 噴霧模型30-32
• 2.2.4 液滴蒸發(fā)模型32-33
• 2.2.5 物性參數(shù)模型33-34
• 2.3 單組元化學(xué)推力器工作過程的數(shù)學(xué)模型34-37
• 2.3.1 多孔介質(zhì)流動、傳熱模型35-36
• 2.3.2 無水肼催化分解反應(yīng)模型36-37
• 2.4 肼電弧推力器工作過程的數(shù)學(xué)模型37-44
• 2.4.1 耦合電磁源項的流動基本控制方程38-40
• 2.4.2 電磁場方程40-42
• 2.4.3 狀態(tài)方程42
• 2.4.4 熱物性參數(shù)模型42-44
• 2.5 推力器部件工作過程的三維仿真模型驗證44-58
• 2.5.1 雙組元推力器部件仿真模型驗證44-50
• 2.5.2 單組元化學(xué)推力器部件仿真模型驗證50-55
• 2.5.3 肼電弧推力器部件仿真模型驗證55-58
• 2.6 雙模式推進(jìn)系統(tǒng)其他組件工作過程的數(shù)學(xué)模型58-61
• 2.6.1 氣瓶的熱力學(xué)模型58-59
• 2.6.2 氣體管路的數(shù)學(xué)模型59
• 2.6.3 貯箱增壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型59-60
• 2.6.4 液體管路的數(shù)學(xué)模型60-61
• 2.7 本章小結(jié)61-63
• 3 關(guān)鍵閥門部件流阻及響應(yīng)特性三維仿真分析63-96
• 3.1 氣路單向閥工作性能仿真分析63-71
• 3.1.1 入口壓力對開機(jī)沖擊響應(yīng)特性分析69-70
• 3.1.2 穩(wěn)態(tài)過程流場特性分析70-71
• 3.2 液路大流量自鎖閥工作性能仿真分析71-84
• 3.2.1 入口壓力對開機(jī)過程影響分析76-77
• 3.2.2 流道直徑對開機(jī)過程影響分析77-79
• 3.2.3 閥芯直徑對開機(jī)過程影響分析79-81
• 3.2.4 穩(wěn)態(tài)過程流阻特性分析81-84
• 3.3 液路小流量自鎖閥工作性能仿真分析84-95
• 3.3.1 入口壓力對開機(jī)過程影響分析88
• 3.3.2 流道直徑對開機(jī)過程影響分析88-91
• 3.3.3 閥芯直徑對開機(jī)過程影響分析91-93
• 3.3.4 穩(wěn)態(tài)過程流阻特性分析93-95
• 3.4 本章小結(jié)95-96
• 4 雙模式推進(jìn)系統(tǒng)流動及推力性能仿真分析96-129
• 4.1. 雙模式推進(jìn)系統(tǒng)AMES-仿真模型的建立97-101
• 4.1.1 Amesim仿真流程97-98
• 4.1.2 基本仿真參數(shù)的確定98-99
• 4.1.3 系統(tǒng)Amesim仿真模型的建立99-101
• 4.2 雙組元推進(jìn)模式下推進(jìn)系統(tǒng)流動特性與推力性能仿真分析101-114
• 4.2.1 雙組元推進(jìn)模式下推進(jìn)系統(tǒng)瞬態(tài)流動特性仿真分析101-106
• 4.2.2 雙組元推進(jìn)模式下推進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)流動特性仿真分析106-108
• 4.2.3 雙組元推力器推力性能仿真分析108-114
• 4.3 單組元推進(jìn)模式下推進(jìn)系統(tǒng)流動特性與推力性能仿真分析114-128
• 4.3.1 單組元推進(jìn)模式下推進(jìn)系統(tǒng)瞬態(tài)流動特性仿真分析114-117
• 4.3.2 單組元推進(jìn)模式下推進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)流動特性仿真分析117-118
• 4.3.3 單組元化學(xué)推力器推力性能仿真分析118-123
• 4.3.4 肼電弧推力器推力性能仿真分析123-128
• 4.4 本章小結(jié)128-129
• 5 全文總結(jié)與展望129-132
• 5.1 全文總結(jié)129-130
• 5.2 工作展望130-132
• 參考文獻(xiàn)132-135
• 作者簡歷135-139
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集139

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1 陳健;曹永;潘海林;李榮貴;;雙模式化學(xué)推進(jìn)技術(shù)發(fā)展研究[J];火箭推進(jìn);2006年04期

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1 周仁卓;雙模式推進(jìn)系統(tǒng)工作性能仿真研究[D];北京交通大學(xué);2016年

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本文編號：845154