摘要：为了深入探究转子系统"临界跟随"现象的机理,建立悬臂转子模型,分析"临界跟随"状态下的转子动力学特性,设计搭建了悬臂转子试验器,并在高速超转试验台上进行试验验证.研究结果表明:当直径转动惯量与极转动惯量相等时,从一定的转速开始,盘的振动摆角响应会随转速持续增大;具有"临界跟随"特征的模态振型表现为,直径转动惯量与极转动惯量相等的盘位于振型节点,在不平衡力矩作用下,盘心振动位移为零,但盘的摆角不为零且随转速增加而增大,其相位角维持不变;若转子结构并非简单的单盘,则需计算组件的直径转动惯量与极转动惯量,以此检验是否会出现"临界跟随";考虑转轴质量时,盘的惯量符合直径转动惯量与极转动惯量相等时,不会出现"临界跟随"现象,但会出现自振频率在较宽的范围与转子转速靠近,使"共振"区域变宽;"临界跟随"使得转子对不平衡激励非常敏感,应在转子动力学设计时予以避免.

摘要：为了研究阻塞率对针栓式喷注器喷雾场特性的影响,基于平面针栓喷注单元的研究思路,设计了结构可更换的平面针栓多喷注单元试验件,同时采用分相识别的PLIC VOF(piecewise linear interface calcula-tion volume of fluid)多相流仿真方法及高速摄影试验方法,开展了阻塞率对液液针栓多喷注单元的雾化角、喷雾扩散角及液雾空间分布的影响规律研究.对于径向圆孔,阻塞率的改变通过改变径向孔直径及个数实现;对于径向矩形孔,阻塞率的改变还可以通过改变矩形的高宽比实现.研究发现:阻塞率对喷雾场的液雾空间分布有重要影响.在径向喷注孔总动量比不变时,阻塞率对喷雾场的影响主要通过喷雾扇空间间距的直接影响和转化为有效动量比的间接影响两种途径实现,径向孔形状对喷雾场的影响本质上也转化为阻塞率及有效动量比的影响.径向孔直径改变和形状改变造成的阻塞率变化对雾化角的影响仅通过有效动量比间接实现,喷注单元的雾化角理论模型也适用于多喷注单元;阻塞率对喷雾扩散角和液雾空间分布的影响则通过两种途径共同产生.另外,高的总动量比工况下,液雾径向分布范围会增大,相邻单元间相互作用会使得雾扇中心区和外侧区液雾分布量均增加.

摘要：采用数值模拟方法研究了平面膨胀偏流喷管在压力比10~150之间的流场特性和推力性能,并与同扩张比传统收敛-发散喷管进行比较。随着压力比不断增大,ED喷管内超声速流动区域面积增大,剪切层向轴线靠近,产生再附着激波,粘性再循环区逐渐与外界大气隔离,流动模式由“开尾流”转变为“闭尾流”。2种流动模式发生转换的标志是基底压力发生突降。所设计的ED喷管在所有计算条件下性能均优于CD喷管,在较低压力比下性能优势更为明显。ED喷管性能提升的原因主要有2点:①不发生壁面流动分离,减少了过膨胀损失;②在压力比较低的条件下,从中心体发出的第一道激波到达喷管壁面时,大量流动发生压缩转向,导致内壁面压力升高,进而导致性能提升。

摘要：为适应液体火箭发动机高速涡轮泵模拟运转需求,内啮合齿轮联轴器被设计作为涡轮快速起动过程运动传递的核心零部件;实际中联轴器前后两轴的不对中程度对试验转子动态性能产生了极大影响。构建了此类特定工程应用的内啮合齿轮联轴器刚度阻尼计算模型、多种不对中工况的表征方法及其附加力与力矩的求解模型、考虑不对中因素的联轴器-滚动轴承-双转子动力学分析模型,耦合上述模型数值求解得到了不对中参数对试验转子动力学性能的影响规律,包括临界转速、振动响应等,与文献对比完成了模型验证。结果表明:构建模型的动态响应误差小于15%;缩短联轴器和提高涡轮和试验转子同轴对中量可较好地降低系统的动力响应值,可有效地降低转子碰磨故障现象的产生,且其对双转子系统临界转速的影响较小,研究将为高速涡轮泵的设计和安全运行提供理论和试验参考。

摘要：针对不同延伸段压力分布的双钟形喷管,采用特征线法,分别对最大推力、等压分布及等逆压梯度分布的延伸段型面开展了设计,通过仿真手段对设计方法进行了校验,并对不同延伸段压力分布的双钟形喷管工作过程开展了研究。结果表明:最大推力及已知壁面压力的反设计方法能够实现特定压力分布的延伸段型面设计。延伸段逆压梯度分布的双钟形喷管能够在小于发动机起动时间内完成工作模态转换,而延伸段顺压梯度和等压分布构型的模态转换时间较长。相较于最大推力型面,延伸段逆压梯度分布的双钟形喷管存在一定性能损失。当延伸段压升幅值为0.001 5倍的燃烧室压力时,双钟形喷管平均比冲下降了0.44%。

摘要：为了精准评估不同冷却方案对高压液氧烃火箭发动机推力室传热特性的影响,建立了一套再生通道-液膜屏蔽-隔热镀层-辐射换热的整机模型,采用Ievlev半经验模型计算燃气侧壁面的对流换热过程,引入Shruvik安全裕度评估准则,计算推力室径向的分区温度和热流密度。基于某型大推力液氧煤油火箭发动机,研究了不同冷却结构组合的换热能力上限,分析了不同推力室压力对冷却设计方案的影响。结果表明:推力室压力在12 MPa及以下时,可主要依靠再生冷却技术满足冷却需求;在16 MPa及以下时需要配合内冷却环带满足冷却需求;在18 MPa及以下时需进一步设置隔热镀层提高热防护能力;室压在20 MPa甚至更高时,必须采用其他强化换热措施。

摘要：针对液体火箭发动机推力室中膜冷却技术的有效作用范围,基于型号样机采用试验方法获得了液膜和气膜的有效长度数据、再生冷却剂的温升数据、外壁面测点温度,采用仿真方法获得了液膜的升温/蒸发长度、气膜冷却效率的分布、温升结果和外壁温结果。试验获得的再生冷却剂温升差值为90.1 K,测点外壁温约340 K。仿真计算的温升差值为89.7 K,测点外壁温约330 K。试验获得的液膜有效长度为74.67 mm,气膜有效长度为124.2 mm。仿真得到的液膜有效长度为75.0 mm,其中升温长度为66.0 mm,蒸发长度为9.0 mm。校验后得到气膜有效的冷却效率判断标准为≮0.687。通过比对试验结果和仿真结果,验证了仿真程序的适用性和准确性,得到了判断气膜是否有效的冷却效率临界值,可为推力室热防护设计提供参考。

摘要：针对球铰熔断结构分析了其工作机理,提取了关键尺寸,设计了模拟球铰熔断机构,并完成了实验验证。研究发现:球铰熔断装置的关键参数包括熔断销钉减薄面、销钉材料以及销钉位置。其主要作用应侧重于在大不平衡量下,通过内轴承座的内外环相对滑移减小2号轴承的偏角,保护2号轴承。球铰结构熔断后,会进一步弱化刚度,降低转子的临界转速,这会使得发动机减速至风车转速时通过的临界转速降低,进一步减小过临界时的不平衡载荷。

摘要：为了解决进气道压缩量与来流马赫数在宽马赫数工作范围匹配难的问题,开展了流量几乎可以全捕获的变几何进气道设计探索研究,从气动理论分析得到进气道设计需满足的理论关系式,据此开展了进气道气动型面设计,并研究了相应的变几何调节规律,利用数值模拟研究了进气道的气动性能,来流马赫数在1.2~4.0范围内流量系数可以达到0.99以上。初步研究表明通过精确匹配来流马赫数、收缩比和变几何调节规律,可以获得宽范围内流量全捕获的进气道气动型面,设计的唇口压缩面具有"S"形特征。

摘要：针对预冷空气涡轮火箭发动机(PATR)方案,建立氦循环系统数学模型,模型考虑组件结构特征、几何尺寸、工质物性等主要因素。数值计算表明:PATR的推力和比冲性能较优,模型可描述发动机氦循环热力过程,其中发动机余气系数是影响发动机推力、比冲的关键参数。提高氦循环系统最高设计压力和降低空气预冷器氦进口温度可有效降低压力损失和氦压气机功率,最高压力每增大1MPa,系统平均压力损失下降1.1%,氦压气机输入功率下降3.2%;空气预冷器氦进口温度每升高1K,系统平均压力损失上升0.086%,氦压气机输入功率升高2.3%。