液体火箭压差控制交叉输送特性研究

发布时间：2021-10-05 15:10

　　为提高火箭总体运载性能,利用AMEsim软件研究液体火箭交叉输送系统的动态特性,采用模块化思想,通过增压、贮箱、管路输送系统等功能模块,构建了基于AMEsim软件的交叉输送流体网络系统,并采用实验数据对压力和流量进行有效性验证;通过模拟推进剂压差控制模式下在网路系统中的流动特性,得到了交叉输送过程中管路内压力的变化特性;为保证芯级贮箱出流量最小,分析了对芯级贮箱临界压力的影响因素,得到其关于初始加注量、体积流量、飞行过载的关系。结果表明:临界压力值与助推级初始加注量、飞行过载成反比,与体积流量成正比;在临界压力下,助推级初始加注量对水击压力无显著影响;随着体积流量的增加,芯级管路水击压力逐渐减小,助推级水击压力则逐渐增加;飞行过载增大时,芯级与助推级水击压力均呈增高趋势。 

【文章来源】：西安交通大学学报. 2020,54(04)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

交叉输送装置简化图

为了优化推进剂运输过程,削弱阀门启闭导致的水击现象,本文对压差控制管路间交叉输送方案进行探究。压差控制工况下,助推级与芯级之间的压差可以保证在助推飞行阶段芯级贮箱不出流,该方案通过控制芯级贮箱隔离阀、交叉输送隔离阀、泵前阀的启闭,实现助推级和芯级之间的推进剂共享。方案中阀门的具体控制时序见图3。2 仿真模型

常见的交叉输送系统有管路间交叉输送、贮箱间交叉输送、贮箱/缓冲罐间交叉输送3种类型,其结构示意图如图1所示。Schwanekamp等人研究指出,管路间交叉输送形式最简单,但对阀门控制的要求高,存在助推级与芯级切换过程中推送剂流量不连续以及管路漏热等问题;贮箱间交叉输送在分离时管路间推进剂流量稳定且漏热小,但其结构复杂,如何保证一个助推级贮箱内的推进剂流入芯级贮箱是需要克服的问题;贮箱/缓冲罐间交叉输送综合了上述2种交叉输送方式的优点,且很好地克服了它们的缺点,然而会增加质量[7]。Gormley等人研究了以LOX/LH2为推进剂的双助推对称交叉输送系统,发现采用重力输送方式管路间交叉输送LO2、LH2贮箱质量最小且结构最简单[9]。Nguyen等对交叉输送过程中的贮箱增压系统进行模拟,并与以水为介质的缩比实验进行对比,发现实验与模拟结果吻合良好[10]。Chandler等设计了一个以水为工质的缩比实验来模拟交叉输送过程[11]。马方超等研究了管路间交叉输送系统方案并搭建实验系统,以水为介质开展地面实验,获得了增压系统下贮箱内压力波动情况[12]。一些学者对交叉输送系统中的局部部件进行了模拟。廖少英等对交叉输送分离系统进行了实验,重点对蝶形活门分离采用启动螺栓/启动分离接头2种结构方案进行探讨,并以水为介质对分离系统进行了缩比实验[5]。针对贮箱部件,有学者曾对低温贮箱晃动现象进行研究,分别提出了相应的防晃措施[13-14]。汤波等通过Flow-3D软件建立贮箱模型,研究了交叉输送下贮箱晃动现象,发现助推级与芯级之间采用重力输送方式时,推进剂晃动周期短,助推级贮箱间初始液位差将缓慢地达到平衡,对火箭总体运动无影响[6]。此外,国内外还针对推进剂在输送管路内的预冷过程[15-17]、压力波动[18-19]、空化现象[20-22]开展了相关研究。

【参考文献】：
期刊论文
[1]低温气液两相流中压力波传播特性研究[J]. 李翠,庄钰涵,程亦薇,厉彦忠.  低温工程. 2019(01)
[2]低温管路预冷过程两相流动与换热计算研究[J]. 王娇娇,陈虹,厉彦忠,王磊,李翠.  西安交通大学学报. 2019(01)
[3]液体运载火箭交叉输送总体参数研究[J]. 汤波,胡久辉,邵业涛,黄辉.  导弹与航天运载技术. 2017(03)
[4]液体火箭推进剂交叉输送系统试验研究[J]. 马方超,李德权,吴姮,刘文川,丁建春.  载人航天. 2017(03)
[5]简谐激励下大型低温贮箱防晃设计[J]. 晋永华,厉彦忠,王磊,刘展,李翠.  航空动力学报. 2015(06)
[6]美国“猎鹰重型”运载火箭[J].   国际太空. 2011(08)
[7]低温流体经过弯管时的空化现象分析[J]. 李翠,厉彦忠.  低温工程. 2008(02)
[8]新一代运载火箭增压输送系统交叉输送技术研究[J]. 廖少英,顾仁年.  上海航天. 2005(03)



本文编号：3420001