高压多级氢泵的优化与试验

高压小通径多级氢泵是新一代大型运载火箭上面级液氧/液氢膨胀循环发动机氢涡轮泵的重要组成部分,其功能是将来自储箱的低压液氢增压到系统要求的压力.膨胀循环发动机中氢泵性能的高低对发动机性能影响很大,氢泵必须既有很高的出口压力又兼有较高的效率,否则发动机将无法正常工作.对氢泵流道行了数值仿真计算,提出了优化方案,并进行了多次水力试验验证.试验结果表明,计算与优化的结果是正确的,氢泵的性能指标达到了设计要求.     

电控单体泵燃油喷射系统ー维耦含傍真

建立了电控单体泵的物理模型，实现了电路、磁路和机械系统的ー维耦合仿真。获得了单体泵驱动电路的电流波形、拉杆行程曲线和泵端压カ曲线。进行了试验对比，表明电流驱动的波形相近，最大打开电流为13A，保持电流为5A;拉杆的最大行程为0.8mm;控制腺宽为3ms时，拉杆在最大行程的作用时间为2.4ms;泵端压力的波形有差异，最大压カ相差9MPa,针阀落座过程中压カ曲线偏差较大。     

高速湿式换挡离合器排油阀临界开启和关闭压力研究

为了解决湿式离合器在高转速下分离时活塞腔内的油液无法完全排出的问题,对所设计的离心式排油阀进行研究。在受力分析的基础上建立了排油阀的数学模型,分析了排油阀中钢球的运动过程,搭建了具有排油阀的湿式离合器测试系统,对排油阀的临界开启和关闭压力进行了实验研究。仿真和实验结果表明:离合器在高转速下分离时,排油阀能有效排出活塞腔内的油液;排油阀的临界开启和关闭压力均会随着阀体倾角α和钢球半径r_b的增大而增大;根据该变化规律,提出了通过临界开启压力的最小值和临界关闭压力的最大值确定α和r_b取值范围的计算方法。     

LE-7液氢涡轮泵振动问题

1984年开始了LE-7发动机液氢涡轮泵研制。在研制型样机试验阶段初期,涡轮泵在通过第一或第二临界转速后发生了自激振动和次同步振动,因此对转动部件采取了以下几种设计更改: 1.轴承采用带金属网阻尼器的柔性轴承支座; 2.为了增加阻尼系数,在壳体和转子部件间的静密封处使用具有细槽的阻尼密封件; 3.通过加强中心杆螺栓的张力增加轴的刚度; 4.设计专用工具确保轴装配的直度,并检验其再现性。 1987年9月,LH_2涡轮泵终于在稳定条件下没有自激振动和通过第三临界转速时无次同步振动而成功地运转。     

多级液氢泵设计及流场仿真

为了满足氢氧火箭发动机对高性能液氢泵的需求,完成了一台多级液氢泵的设计和建模,利用CFD技术进行流场仿真计算,获得了泵内关键部件的压力分布和速度分布,并对其内部流动状态进行了分析;在此基础上,对样机开展了额定工况下的水试试验。结果表明:试验结果与设计值接近,表明多级液氢泵能够满足设计要求。     

DDC2000柴油机的电控单体泵高低压油路耦合试验

针对DDC2000柴油机用的电控单体泵,进行了电控单体泵高低压油路的耦合实验;分析了电控单体泵燃油系统高压回油对低压油路的供油影响和低压油路对单体泵高压喷射特性的影响。实验与分析结果表明：如果低压油路在单体泵供油过程中出现压力突变将导致高压喷射循环变动较大,产生喷射不稳定;随转速增加,低压油路压力突变的问题趋于严重;提高低压油路的供油压力将有助于改善单体泵的供油过程,防止出现供油压力突变,提高单体泵喷射的循环稳定性;不同转速下对应的临界供油压力不同,该压力随转速提高而增加。     

氢涡轮泵转子对旋转失速的响应

旋转失速不仅降低液氢泵的流体动力性能，它所产生的压力脉动还可激发氢涡轮泵转子和壳体的严重振动。氢涡轮泵转子对旋转失速的响应的特征量，存在与转速成正比且小于转速的响应频率，根据此特征可从泵后压力或振动频率识别旋转失速，以便修改设计。     

CFD技术在喷水推进泵级内部流动计算中的应用

应用自编程序和NUMECA商业软件两种方法计算了斜流式喷水推进器泵级内部的三维紊流流场,对比分析了分别用两种计算方法得到的喷水推进器泵内部流场的压力、速度分布,讨论了喷水推进器泵内流动的漩涡现象.     

运载火箭燃料加注泵检测平台研究

加注泵的性能对运载火箭燃料加注成功与否起着重要作用,为确保加注泵满足工作状态下的技术指标要求,提高其可靠性和使用寿命,对运载火箭燃料加注泵检测平台进行研究.从功能划分、结构组成和工作原理介绍平台的硬件结构,从传感器检测、信号处理、数据通信等方面介绍平台的软件架构,并结合场区的加注泵进行测试与验证.测试结果表明:该平台具备泵运行状态实时监测及伴生的振动、噪声信号的谱分析功能,能够增强燃料加注系统的可靠性.     

基于二维速度测量的简易火控装置

基于二维速度测量的简易火控装置由火控计算机、轴角编码器、倾斜角传感器、激光测距机、键盘、目标锁定按钮、显示屏等组成.该装置可测出瞄准线转动的任意角度,能随时停止测角进行射击.由两次测距的目标径向运动信息,实现目标二维运动速度测量,改善射击精度.装置计算模型包括射角、方向角提前量的解算及其倾斜修正.     

考虑空化效应的齿轮泵流量特性研究

齿轮泵的流量品质对车辆液压操纵系统和润滑系统性能有重要影响,为此开展了空化状态下齿轮泵流量稳定性及其影响规律的研究。忽略空气在油液内微弱的溶解效应,根据油液初始状态和实时压力计算油液含气率,考虑含气率对油液密度、有效体积弹性模量和黏度的影响,建立流体空化模型。将流体空化模型与齿轮泵动力学模型相耦合,在复杂系统建模与仿真软件AMESim环境下仿真求解,分析吸油压力、转速和负载压力对齿轮泵流量特性的影响规律。结果表明：仿真得到的齿腔压力脉动、容积效率与文献［16］试验数据比较一致;吸油压力对齿轮泵流量脉动影响最为显著,当吸油压力由1.01 bar降低至0.27 bar时,流量脉动增大1倍多,容积效率降低;转速升高会加剧空化倾向;负载压力升高对齿轮泵流量脉动影响很小;该研究对齿轮泵流量稳定性的预测和改善有理论指导意义。     

湿式离合器摩擦副平均温升特性研究

针对湿式换挡离合器结合过程温升特性,基于集总参数法将离合器液压系统各元件简化为节点,建立了系统热阻网络模型与试验系统,研究获得了冷却润滑流量和转速差对离合器温升的影响规律。研究结果表明：在中低摩擦热负荷下,离合器温升对冷却流量的改变不敏感;在中高摩擦热负荷下,冷却流量变化对离合器温升影响显著,但当冷却流量增大到超过某一临界值时,流量增加对离合器温升影响微弱;转速差与离合器结合油压影响摩擦热负荷强度;离合器温升表现为转速差的线性增长关系,在相同冷却润滑状态下,转速差每增加100 r/min,离合器温升增加8.05%. 通过仿真结果与试验数据的对比,验证了所建模型的有效性,该模型能较好反映离合器正常工况的温升特性。     

轴向柱塞泵流量脉动对火箭炮俯仰调炮精度的影响分析

为研究火箭炮电液比例液压系统驱动俯仰调炮时流量脉动对调炮精度的影响,建立基于系统仿真AMESim软件的斜盘式轴向柱塞泵仿真模型,研究柱塞泵斜盘倾角和输入轴转速对柱塞泵流量脉动的影响规律,并辨识典型工况。提出流量脉动体积的概念,建立相应的数学模型,利用MATLAB软件进行仿真分析,得到典型工况下流量脉动引起的调炮误差与射角的定量关系。结果表明：随着斜盘倾角的增大,柱塞泵流量脉动周期不变、流量脉动振幅变大;随着输入轴转速的增大,柱塞泵流量脉动周期变小、流量脉动振幅变大;流量脉动引起的俯仰调炮误差随射角的增大而减小,该火箭炮流量脉动引起的调炮误差满足随动系统调炮精度的要求,且该理论模型可作为油缸式高低机设计的参考依据。     

高原地区柴油机机油流动损失仿真与试验研究

针对某些柴油机在高原地区出现的机油压力偏低问题,通过试验测试、理论分析与计算流体力学仿真,对润滑系统各处的机油流动损失进行研究。研究结果表明：环境压力影响整个油路的基础压力,随着海拔的升高,压油泵前压力随环境压力等量降低,导致泵前机油汽化出现了吸空现象,使得机油质量流量下降,主油道压力明显降低;流量一定时,随着管径的增加管路流动损失逐渐降低,但流动损失变化率逐渐变小,直角弯头对流动损失影响很大,当弯管半径与管道半径大于1.5后,流动损失变化趋于平缓。试验表明：采用改进方案后,在低转速区域,发动机机油压力增加30%左右,中、高转速的机油压力提高50%以上。     

494Q柴油机润滑油压力分布规律的测量与分析

采用柴油机台架试验方法,测量了主油道、增压器、气缸盖处润滑油压力随柴油机转速、负荷及润滑油温度的变化规律.结果表明:转速在怠速至3 200 r/min之间,各测点处润滑油压力随转速的增大而升高,转速超过3 200 r/min后,各测点处润滑油压力变化不大;相同转速下,3个测点中主油道压力最大:标定转速3 600 r/min时,随柴油机负荷及润滑油温度的升高,各测点处润滑油压力有所降低.此外,考察了传动比对柴油机各测点处润滑油压力的影响,结果表明:柴油机转速相同时,提高机油泵转速后,各测点处润滑油压力有所提高,压力最大相差约为0.1 MPa;转速超过2 900 r/min后,传动比的变化对各测点处润滑油压力变化影响不大.     

高速旋转条件下点火具的燃烧特性试验研究

借助高速旋转试验台,研究了高速旋转条件下中心端面点火和侧向点火2种点火具的燃烧特性.结果表明,随着转速的提高,火焰面积增大,点火具燃烧时间减小,燃速加快.在转速为12 000 r/min的试验条件下,点火具内的点火药燃烧速度达到30 mm/s,是静态试验条件下的3倍以上;同时,点火药燃烧火焰在高速旋转条件下明显增大,其燃烧高度和宽度均比静态下多5～8 cm以上,燃烧强度更加猛烈.随着转速的增大,点火具烧蚀程度也愈加严重.     

全程转速下浮动支撑湿式离合器带排转矩计算模型与验证

基于摩擦元件偏置现象及高转速差下间隙收缩现象,运用陀螺效应原理建立了摩擦元件低转速差下偏置状态分析模型。针对摩擦副间油膜的高速负压现象,建立了高转速差下摩擦副间隙负压收缩模型,分析了从低速差到高速差全程变化过程下的摩擦副间隙动态变化规律。提出考虑摩擦副间隙动态变化影响的带排转矩改进模型,进行了仿真分析,并搭建了带排转矩试验平台。研究结果表明：润滑条件一定时,湿式多片离合器带排转矩随转速差增大呈先增大、后减小、再增大的变化趋势;摩擦副偏置现象在低转速差(0~1 000 r/min)段对带排转矩影响较大,而间隙收缩现象在中转速差和高转速差(大于1 000 r/min)段时为影响带排转矩的主要因素;通过与试验结果对比发现摩擦副间隙动态变化影响的改进模型平均相对误差在中转速差和高转速差(大于1 000 r/min) 段时为6.34%,显著提高了对湿式多片离合器带排转矩值估算的准确度。     

救生机器人推进器的3维反问题设计与性能校验

针对水上救生机器人难以实现快速稳定航行的问题,采用3维反问题设计理论对机器人推进器进行几何设计并对相关参数进行匹配,在合理假设条件下,将喷水推进泵内的有旋流方程进行有效分解获得周向平均流动方程和周期性脉动流动方程。使用速度矩沿流线的分布来控制叶片的载荷,运用计算流体力学对所设计的喷水推进泵进行水力性能校验,结果表明：在毂径比较大等特定条件约束下,喷水推进泵的水力效率达到80.38%,并且在较宽的流量范围内保持高效,叶轮表面压力沿轴向分配合理,没有局部低压区,叶轮推力满足预期性能,验证了设计思路和参数配置的正确性。     

航空活塞发动机进排气管路改进设计研究

针对小型航空飞机的动力性及安全性要求,采用CFD技术,建立了某型航空活塞发动机缸内与增压管路系统仿真模型,探讨了航空活塞发动机进排气管路系统性能评价方法,揭示了进排气管路结构参数对各缸进气均匀性、充气效率、排气倒流及涡轮特性的影响规律.通过对进排气管路系统的改进设计,有效改善了进排气系统性能及整机动力性能.所采用的改进设计研究方法为今后航空活塞发动机进排气管路设计奠定了基础.