全流量补充燃烧循环液氧/甲烷发动机系统分析

全流量补充燃烧循环液氧/甲烷发动机系统分析

一、全流量补燃循环液氧/甲烷发动机系统分析(论文文献综述)

苏展,高玉闪[1](2022)在《液体火箭主动力推力调节方式研究》文中提出推力调节可以抑制飞行过载,提高操作灵活性,优化火箭运载能力,满足重复使用火箭垂直返回需求。不同的推力调节方案对液体火箭发动机系统具有不同的影响,因此变推力系统方案设计尤为重要。本文介绍了常用变推力液体火箭主动力系统及推力调节元件的工作原理,综述了世界着名液体火箭主动力的推力调节方案,并提出了几点思考,以期为我国后续重复使用液体火箭发动机大范围变推力方案设计提供思路。

罗盟,陈士强,李大鹏,潘辉[2](2021)在《星舰动力特点及再入过程推进剂流动仿真研究》文中研究指明为给新一代可重复使用运载器的研发提供参考,梳理了星舰动力系统的技术特点,并采用限体积法(Volume of fraction,VOF)对再入过程中液氧贮箱三维非定常流动进行了仿真,分析了复杂加速度场下推进剂贮箱内液氧流动特性。仿真结果表明,在星舰再入着陆阶段,贮箱内推进剂发生了低频率(<0.6 Hz)、高幅度(轴向质心偏移高达20%)的晃动;并且贮箱底部推进剂产生了大量夹气现象,这可能会给发动机带来灾难性后果。

刘红军[3](2021)在《半开式富氧补燃混合循环发动机方案研究》文中指出针对未来航天主发动机的应用需求,提出了一种燃料供应系统采用开式循环、氧化剂供应系统采用分级燃烧闭式循环的半开式富氧补燃混合循环发动机系统方案,综合分析了这种新型混合循环发动机所能达到的比冲性能,对比分析了新型混合循环发动机作为可重复使用航天运载器主发动机相比于开式循环和常规补燃循环、全流量补燃循环发动机的优缺点,针对推力为100t级的液氧煤油混合发动机的系统进行计算和分析。结果表明,新型混合循环发动机在主燃烧室压力26.5MPa下,海平面比冲可以达到303s,可以以较小的比冲性能损失为代价,实现涡轮泵介质相容、有效提高发动机设计裕度。

朱雄峰,程洪玮,刘阳,刘鹰,谭云涛,周城宏[4](2021)在《世界航天发射运输的发展趋势》文中研究指明针对世界航天发射运输系统,梳理了国内外发展现状和发展特点,综合对比了国内外航天发射场、运载火箭、火箭发动机的发展现状,并提出了未来发展趋势和展望。提出了低成本进入空间将改变世界航天发展的基本格局,航天远程跨域运输将突破航空领域运输效率的极限,指出了天地往返运输将成为维系空间环境的必然选择,轨道的多样性将催生多样态全域发射能力,同时传统液氧/煤油、液氢/液氧、液氧/甲烷等推进体制的主力运用领域将会迎来重大变革。

冯岳鹏[5](2021)在《氢氧补燃发动机变推力调节方案与调节过程研究》文中认为液体火箭发动机变推力调节是当今航天推进领域的关键技术,对确保航天任务的成功具有重要意义。本文采用静态仿真和动态仿真的方式分别对氢氧补燃发动机推力调节方案和调节过程开展了仿真研究,重点就推力调节方案的选择、流量调节阀动态特性以及流量调节阀对推力调节过程的影响进行了深入研究。本文对液体火箭发动机各组件开展了理论分析,建立了燃烧组件、涡轮泵、冷却夹套、节流元件和管路等主要组件的数学模型,并提出了一种收敛性好计算效率高的发动机组件共同工作方程的数值计算方法:改进的逆Broyden拟牛顿法,据此方法给出了发动机静态模型和动态模型的求解算法,基于氢氧补燃发动机系统方案建立了发动机静态模型与动态模型。依据氢氧补燃发动机变推力原理构建了五种备选的推力调节方案,利用发动机静态模型对五种方案分别进行了变推力仿真,通过比较仿真结果确定了预燃室氧路节流调节方案是实现发动机推力调节的最优方案;在推力调节的同时需通过推力室氧路节流方案来调节发动机混合比,确保发动机推力调节过程中发动机混合比保持相对稳定。利用AMESim软件建立了流量调节阀的动态仿真模型,仿真总结了调节阀的流量和动态特性。仿真结果表明:流量调节阀可以改善阀门面积随工况变化的线性度;而且流量调节阀对阶跃扰动和低于25Hz的正弦扰动均具有较好的稳流效果;减小柱塞质量、增大阻尼孔直径以及减小柱塞库伦摩擦力都可以改善调节阀的动态响应,提高调节阀的抗干扰能力。采用Simulink与AMESim联合仿真的方式将发动机动态模型与流量调节阀动态模型组合成氢氧补燃发动机变推力仿真模型,并就发动机推力调节过程进行了研究。与普通节流阀相比,在阀门开度阶跃变化时,流量调节阀的流量可以更快的达到稳定流量,这使得发动机参数的调整时间更短,变化更剧烈,同时流量调节阀可以明显抑制液氧贮箱中压力波动引起的发动机参数波动;增长阀门调节时间可以明显减小发动机混合比和预燃室混合比的波动幅值,阀门调节时间设置为1.2s左右时,发动机参数过渡平稳,且满足要求的过渡时间;增大调节阀阻尼孔直径可以减小发动机参数的调整时间,但也会使发动机参数变化幅值增大。

徐柯杰,郭迎清,赵万里[6](2021)在《某型大推力氢氧补燃循环发动机建模仿真》文中研究指明针对某型泵压式补燃循环液氢/液氧火箭发动机,分析其系统组成和工作过程。基于MATLAB/Simu-link仿真环境,利用模块化建模方法开发了发动机通用部件模块。提出了构建发动机模型的三层次结构,采用内外循环的发动机建模方法,建立了该型发动机系统主级阶段非线性动态仿真模型,建立的模型具有精度高、收敛速度快等特点,为后续的发动机控制系统和故障诊断研究建立了一种灵活的仿真平台。

张楠,孙慧娟[7](2020)在《低温液体火箭发动机重复使用技术分析》文中指出为降低一次性运载火箭发射成本,宇航界一直在致力于研制像飞机一样可以多次自由进出太空的重复使用运载器。占全箭成本三分之一的发动机,是重复使用运载器研究的重要部分。在已获得的研究成果基础上,分析国内外重复使用技术发展特点,指出液体火箭发动机是近期实现运载器重复使用的现实动力方案,并据此初步确立发动机重复使用技术指标体系和推进剂组合,提出发动机重复使用关键技术。

巩岩博[8](2019)在《低温液体火箭发动机静态特性建模与仿真研究》文中研究说明静态特性仿真与分析是液体火箭发动机研制过程中的重要环节与必要手段。国内外针对液体火箭发动机的静态特性仿真开展了大量的工作,取得了一系列学术成果,为工程实践提供了依据和指导。但与国外相比,我国在低温火箭发动机静态特性仿真的模型准确性、平台通用性和静态特性分析的应用研究方面还存在较大的差距。为此,本文开展了低温火箭发动机的静态特性建模与仿真分析,建立了低温火箭发动机静态特性模型库,并对低温火箭发动机的性能可靠性、性能参数敏感性、参数调节特性、以及故障仿真与诊断等热点工程问题开展了研究。本文对低温火箭发动机各部件的静态特性开展了理论分析,建立了涡轮泵、燃烧装置、管路和节流元件等主要部件的静态特性模型。其中,针对低温推进剂的密度和温度在泵后变化较大的情况,引入了泵后温升模型,提高了低温泵扬程与效率的计算准确性;针对氢氧推力室冷却夹套传热计算误差较大的问题,通过理论分析与试验数据归纳,对冷却夹套的计算模型进行了修正,提出了有较高计算精度的氢氧推力室冷却夹套传热计算模型;针对基于伯努利方程得到的汽蚀文氏管模型不适用于液氢的问题,引入了等熵算法,解决了液氢汽蚀管的流量计算问题;针对发动机系统对结构质量特性的关注,根据低温发动机的实际数据对已有的发动机结构质量估算模型进行了修正,建立了低温发动机结构质量近似仿真模型。根据低温火箭发动机各部件的静态特性数学模型,基于模块化建模思想,使用Modelica语言搭建了低温发动机的各主要部件的静态特性仿真模块,组成了低温火箭发动机静态特性模型库,形成了通用的低温火箭发动机静态特性仿真平台。基于静态特性仿真平台,对液氧/甲烷发动机开展了性能可靠性评估和性能参数敏感性分析,通过蒙特卡洛仿真得出了该型发动机的性能可靠性指标;通过单因素敏感性分析和多因素敏感性分析方法,结合极差分析与方差分析原理,得到了对该型发动机性能影响最大的参数,并指出了这些参数对性能影响的显着性高低;对全流量补燃循环发动机的参数调节特性开展了研究,考虑到调节精度和阀门的工作可靠性,分析了以各种调节方案开展推力和混合比调节时发动机各部件参数的变化特性,并比较出相对更优的调节方案;开展了50吨级氢氧火箭发动机的静态特性故障仿真与分析,得到该型发动机在各类故障模式下关键参数的变化趋势与程度,并提出了氢氧火箭发动机的静态特性故障矩阵,为该型发动机的后续研制和故障分析提供了依据。

王海燕,高玉闪,邢理想[9](2019)在《全流量补燃循环液氧甲烷发动机系统方案研究》文中研究指明为了在现有火箭发动机的技术条件下,研制高性能、高可靠性、重复使用的液氧甲烷发动机,采用与液氧煤油和液氧甲烷发动机对比的方法,从推力室冷却难易程度、影响涡轮寿命的燃气温度、发动机运载能力等角度考虑,对全流量补燃循环液氧甲烷发动机的混合比和室压进行了优化选择,发动机在高室压和高混合比下工作性能更优;参考目前液氧煤油和液氧液氢发动机方案,对发动机的部分子系统配置进行了对比,采用泵后高压液体驱动预压涡轮、分段冷却推力室的方案技术风险小,且涡轮燃气温度较低。

谭永华,李平,杜飞平[10](2019)在《重复使用天地往返运输系统动力技术发展研究》文中提出针对重复使用天地往返运输系统对动力技术的需求,评述了国外重复使用火箭动力和组合循环动力的研究现状,分析了发动机推力深度调节与多次起动技术、宽速域大空域组合循环动力技术、新概念推进与新型推进剂技术等7项关键技术,论述了我国重复使用动力的发展现状和未来规划,总结了重复使用动力的发展趋势。

二、全流量补燃循环液氧/甲烷发动机系统分析(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、全流量补燃循环液氧/甲烷发动机系统分析(论文提纲范文)

(2)星舰动力特点及再入过程推进剂流动仿真研究(论文提纲范文)

1 星舰动力系统
    1.1 分级燃烧循环系统
    1.2 点火系统
    1.3 增压输送系统
2 飞行任务剖面
3 再入过程仿真分析
    3.1 仿真模型及方法
    3.2 仿真方法验证
    3.3 星舰仿真结果分析
        3.3.1 流动分析
        3.3.2 晃动特性
4 结论

(3)半开式富氧补燃混合循环发动机方案研究(论文提纲范文)

1 引言
2 新型混合循环发动机原理
3 结果与讨论
    3.1 新型混合循环发动机比冲性能分析
    3.2 新型混合循环发动机作为航天运载器主发动机的优缺点分析
    3.3 100t级液氧煤油混合循环发动机系统参数计算分析
4 结论

(4)世界航天发射运输的发展趋势(论文提纲范文)

1 国内外发展现状
    1.1 国外发射运输发展现状
        1.1.1 航天运输方面
        1.1.2 航天发射方面
        1.1.3 发展特点
    1.2 中国发射运输发展现状
        1.2.1 发展现状
        1.2.2 发展特点
2 未来发展趋势
    2.1 低成本进入空间将改变百年航天格局
    2.2 远程跨域运输突破百年航空运输效率极限
    2.3 天地往返运输成为维系空间环境的必然选择
    2.4 空间轨道多样性催生多样态全域发射能力
    2.5 航天推进系统将不可避免地迎来重大变革
3 结论

(5)氢氧补燃发动机变推力调节方案与调节过程研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景、目的及意义
    1.2 国内外研究概况
        1.2.1 液体火箭发动机推力调节方案研究
        1.2.2 流量调节阀动态仿真及其对变推力影响研究
        1.2.3 液体火箭发动机组件模型研究
    1.3 本文主要内容
第二章 氢氧补燃发动机模型建立
    2.1 氢氧补燃发动机系统方案
    2.2 发动机组件动力学模型
        2.2.1 燃烧组件模型
        2.2.2 涡轮泵组件模型
        2.2.3 推力室冷却夹套模型
        2.2.4 管路与节流元件模型
        2.2.5 发动机介质物性模型
    2.3 共同工作方程求解
    2.4 发动机系统模型求解
    2.5 本章小结
第三章 大推力氢氧补燃发动机推力调节方案研究
    3.1 氢氧补燃发动机推力调节方案设计
    3.2 发动机推力调节方案仿真分析
        3.2.1 预燃室氧路节流调节方案
        3.2.2 预燃室燃料路节流调节方案
        3.2.3 推力室氧路节流调节方案
        3.2.4 涡轮前燃气节流调节方案
        3.2.5 涡轮前燃气分流调节方案
    3.3 确定变推力系统方案
    3.4 发动机变工况平衡计算
    3.5 本章小结
第四章 稳流型流量调节阀动态仿真分析
    4.1 流量调节阀结构与原理
    4.2 基于AMESim的流量调节阀动态仿真模型
    4.3 流量调节阀流量特性仿真分析
    4.4 调节阀稳流特性
    4.5 流量调节阀动态特性仿真分析
        4.5.1 调节阀阶跃响应特性
        4.5.2 调节阀频率响应特性
    4.6 结构参数对调节阀动态特性的影响
        4.6.1 柱塞质量对调节阀动态特性的影响
        4.6.2 阻尼孔对调节阀动态特性的影响
        4.6.3 摩擦力对调节阀动态特性的影响
    4.7 本章小结
第五章 发动机推力调节过程仿真分析
    5.1 变推力发动机动态模型建立
    5.2 不同推力调节阀对发动机的影响
        5.2.1 阀门开度阶跃变化时发动机参数响应特性对比
        5.2.2 抗压力扰动能力对比
    5.3 调节阀调节速率对推力调节的影响
    5.4 调节阀阻尼孔对推力调节的影响
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

(6)某型大推力氢氧补燃循环发动机建模仿真(论文提纲范文)

引言
1 发动机系统组成与工作过程
    1.1 系统组成
    1.2 工作过程
    1.3 发动机部件模型
        1.3.1 涡轮泵
        1.3.2 推力室
        1.3.3 阀门
        1.3.4 冷却夹套
2 发动机模型平台及建模方法
    2.1 数值积分层
    2.2 迭代计算层
    2.3 部件层
    2.4 发动机动态模型
3 发动机仿真结果分析
4 结束语

(7)低温液体火箭发动机重复使用技术分析(论文提纲范文)

0 引言
1 国内外重复使用技术研究现状
2 国内低温液体火箭发动机重复使用技术研究
    2.1 一机多试和校准试车不分解交付技术
    2.2 液氧/甲烷发动机技术
    2.3 重复使用低温液体火箭发动机技术
3 液体火箭发动机重复使用指标体系
    3.1 可靠性设计和验证
    3.2 热力环境设计
    3.3 起动冲击
    3.4 自洁净性
    3.5 可检测性及维修性
4 低温液体火箭重复使用发动机关键技术
    4.1 寿命型可靠性设计、验证和评估模型
    4.2 非冲击起动技术
    4.3 长寿命材料仿真优化
    4.4 电驱技术应用
    4.5 状态监控与故障诊断的工程应用
5 结束语

(8)低温液体火箭发动机静态特性建模与仿真研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 发动机静态特性
    1.3 国内外研究概况
        1.3.1 静态特性分析方法
        1.3.2 静态特性分析研究与应用
    1.4 本文研究内容
2 发动机静态特性数学模型
    2.1 涡轮泵模型
        2.1.1 气涡轮模型
        2.1.2 液力涡轮模型
        2.1.3 离心泵模型
    2.2 燃烧装置模型
        2.2.1 喷注器模型
        2.2.2 燃烧室模型
        2.2.3 喷管模型
    2.3 冷却夹套模型
        2.3.1 推力室结构与分段
        2.3.2 传热过程分析与建模
    2.4 管路与节流元件模型
        2.4.1 液体管路与阀门模型
        2.4.2 气体管路与阀门模型
        2.4.3 汽蚀文氏管模型
    2.5 发动机系统参数平衡模型
        2.5.1 流量平衡模型
        2.5.2 压力平衡模型
        2.5.3 功率平衡模型
    2.6 发动机结构质量模型
        2.6.1 推力室结构质量
        2.6.2 涡轮泵结构质量
        2.6.3 其他部件结构质量
    2.7 小结
3 发动机模块化建模
    3.1 Modelica语言及建模平台
        3.1.1 Modelica建模语言
        3.1.2 建模平台
    3.2 模型库开发
        3.2.1 接口与边界条件模型
        3.2.2 介质物性模型
        3.2.3 涡轮泵组件仿真模型
        3.2.4 燃烧组件仿真模型
        3.2.5 管路与调节元件仿真模型
    3.3 发动机系统建模
    3.4 小结
4 液氧/甲烷发动机性能可靠性预估及参数敏感性分析
    4.1 引言
    4.2 发动机系统方案
    4.3 数学方法
        4.3.1 蒙特卡洛法(Monte-Carlo Method)
        4.3.2 敏感性分析
    4.4 性能可靠性分析
        4.4.1 干扰因素的选取
        4.4.2 仿真与分析
    4.5 敏感性分析
        4.5.1 影响因素的选取
        4.5.2 单因素敏感性分析
        4.5.3 多因素敏感性分析
    4.6 小结
5 全流量补燃循环发动机参数调节方案研究
    5.1 引言
    5.2 发动机系统方案
    5.3 参数调节方案研究
        5.3.1 混合比调节
        5.3.2 推力调节
    5.4 小结
6 氢氧火箭发动机故障分析
    6.1 引言
    6.2 发动机系统方案
    6.3 发动机故障模型
        6.3.1 发动机故障类型
        6.3.2 静态故障数学模型
    6.4 故障仿真与分析
        6.4.1 监测参数的选取
        6.4.2 仿真结果分析
    6.5 小结
7 总结与展望
参考文献
附录A 随机数生成方法
附录B 正交试验法
附录C 统计分析方法
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

(9)全流量补燃循环液氧甲烷发动机系统方案研究(论文提纲范文)

1 引言
2 推力室室压和混合比的选择
3 氧预压涡轮驱动方案的影响
4 燃料预压涡轮驱动方案的影响
5 推力室冷却方案的影响
6 初步方案
7 结论

(10)重复使用天地往返运输系统动力技术发展研究(论文提纲范文)

1 引言
2 国外重复使用动力研发现状
    2.1 重复使用火箭动力发展
        2.1.1 美国
        2.1.2 苏联/俄罗斯
        2.1.3 欧洲&日本
    2.2 重复使用组合循环动力
3 重复使用动力的关键技术
    3.1 发动机推力深度调节与多次起动技术
    3.2 宽速域大空域组合循环动力技术
    3.3 新概念推进与新型推进剂技术
    3.4 发动机健康管理与寿命评估技术
    3.5 重复使用发动机设计方法与准则
    3.6 发动机先进材料和智能制造技术
    3.7 重复使用发动机热防护技术
4 中国重复使用动力技术发展
    4.1 研究现状
    4.2 未来发展规划
        4.2.1 近期———基于液氧煤油发动机的重复使用验证
        4.2.2 中长期———基于新研动力的重复使用
        4.2.3 远期———基于组合循环动力的重复使用技术
5 结束语

四、全流量补燃循环液氧/甲烷发动机系统分析(论文参考文献)

  • [1]液体火箭主动力推力调节方式研究[A]. 苏展,高玉闪. 第六届空天动力联合会议暨中国航天第三专业信息网第四十二届技术交流会暨2021航空发动机技术发展高层论坛论文集(第三册), 2022
  • [2]星舰动力特点及再入过程推进剂流动仿真研究[J]. 罗盟,陈士强,李大鹏,潘辉. 南京航空航天大学学报, 2021(S1)
  • [3]半开式富氧补燃混合循环发动机方案研究[J]. 刘红军. 推进技术, 2021(07)
  • [4]世界航天发射运输的发展趋势[J]. 朱雄峰,程洪玮,刘阳,刘鹰,谭云涛,周城宏. 科技导报, 2021(11)
  • [5]氢氧补燃发动机变推力调节方案与调节过程研究[D]. 冯岳鹏. 中国运载火箭技术研究院, 2021(02)
  • [6]某型大推力氢氧补燃循环发动机建模仿真[J]. 徐柯杰,郭迎清,赵万里. 航空计算技术, 2021(02)
  • [7]低温液体火箭发动机重复使用技术分析[J]. 张楠,孙慧娟. 火箭推进, 2020(06)
  • [8]低温液体火箭发动机静态特性建模与仿真研究[D]. 巩岩博. 中国运载火箭技术研究院, 2019(03)
  • [9]全流量补燃循环液氧甲烷发动机系统方案研究[J]. 王海燕,高玉闪,邢理想. 载人航天, 2019(02)
  • [10]重复使用天地往返运输系统动力技术发展研究[J]. 谭永华,李平,杜飞平. 载人航天, 2019(01)

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