為提高火箭總體運載性能,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,構建了基于AMEsim軟件的交叉輸送流體網絡系統(tǒng),并采用實驗數據對壓力和流量進行有效性驗證;通過模擬推進劑壓差控制模式下在網路系統(tǒng)中的流動特性,得到了交叉輸送過程中管路內壓力的變化特性;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,得到其關于初始加注量、體積流量、飛行過載的關系。結果表明: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】：西安交通大學學報. 2020,54(04)北大核心EICSCD

【文章頁數】：8 頁

【部分圖文】：

交叉輸送裝置簡化圖

為了優(yōu)化推進劑運輸過程,削弱閥門啟閉導致的水擊現象,本文對壓差控制管路間交叉輸送方案進行探究。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,實現助推級和芯級之間的推進劑共享。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,其結構示意圖如圖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劑流量穩(wěn)定且漏熱小,但其結構復雜,如何保證一個助推級貯箱內的推進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,然而會增加質量[7]。Gormley等人研究了以LOX/LH2為推進劑的雙助推對稱交叉輸送系統(tǒng),發(fā)現采用重力輸送方式管路間交叉輸送LO2、LH2貯箱質量最小且結構最簡單[9]。Nguyen等對交叉輸送過程中的貯箱增壓系統(tǒng)進行模擬,并與以水為介質的縮比實驗進行對比,發(fā)現實驗與模擬結果吻合良好[10]。Chandler等設計了一個以水為工質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),以水為介質開展地面實驗,獲得了增壓系統(tǒng)下貯箱內壓力波動情況[12]。一些學者對交叉輸送系統(tǒng)中的局部部件進行了模擬。廖少英等對交叉輸送分離系統(tǒng)進行了實驗,重點對蝶形活門分離采用啟動螺栓/啟動分離接頭2種結構方案進行探討,并以水為介質對分離系統(tǒng)進行了縮比實驗[5]。針對貯箱部件,有學者曾對低溫貯箱晃動現象進行研究,分別提出了相應的防晃措施[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象,發(fā)現助推級與芯級之間采用重力輸送方式時,推進劑晃動周期短,助推級貯箱間初始液位差將緩慢地達到平衡,對火箭總體運動無影響[6]。此外,國內外還針對推進劑在輸送管路內的預冷過程[15-17]、壓力波動[18-19]、空化現象[20-22]開展了相關研究。

【參考文獻】：
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.  西安交通大學學報. 2019(01)
[3]液體運載火箭交叉輸送總體參數研究[J]. 湯波,胡久輝,邵業(yè)濤,黃輝.  導彈與航天運載技術. 2017(03)
[4]液體火箭推進劑交叉輸送系統(tǒng)試驗研究[J]. 馬方超,李德權,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計[J]. 晉永華,厲彥忠,王磊,劉展,李翠.  航空動力學報. 2015(06)
[6]美國“獵鷹重型”運載火箭[J].   國際太空. 2011(08)
[7]低溫流體經過彎管時的空化現象分析[J]. 李翠,厲彥忠.  低溫工程. 2008(02)
[8]新一代運載火箭增壓輸送系統(tǒng)交叉輸送技術研究[J]. 廖少英,顧仁年.  上海航天. 2005(03)



本文編號：3420001