N2O/HTPB混合火箭发动机的试验和仿真

自行设计、研制了实验室尺度的N2O/HTPB(端羟基聚丁二烯)混合火箭发动机的原理样机,并进行系列试验.分析实时的试验数据,获得了HTPB退移速率方程,以及发动机推力、比冲等性能参数.建立了可模拟发动机工作和性能的仿真模型.发动机主要工作参数的模拟结果和试验数据吻合较好,误差不超过3%.计算结果显示氧化剂与燃料质量比随时间的变化受制于退移速率方程中的系数n, 对于N2O/HTPB这种推进剂组合,氧化剂与燃料质量比将随时间降低.对发动机性能的分析评估表明,低氧化剂与燃料质量比对发动机性能影响显著,故有必要增加N2O的流量.     

爆震室内气体混合过程的数值模拟

气云爆震与燃料/空气的混合程度密切相关. 为研究填充后爆震室内燃料和氧化剂的混合情况,采用大型计算流体力学仿真软件对爆震室内燃料和空气的填充混合过程进行数值模拟,并着重研究了入口直径、入口速度以及填充的燃料与氧化剂的质量比等参数对爆震室内燃料/空气混合均匀所需距离的影响. 计算结果表明,爆震室内燃料/空气混合均匀所需的距离与燃料和空气的入口速度的比值有关,随着燃料入口速度与空气入口速度的比值的增大(减小或不变),乙炔和空气混合均匀所需的距离相应增大(减小或不变).     

柴油机燃用F-T柴油/聚甲氧基二甲醚混合燃料的排放性能

为研究F-T柴油/聚甲氧基二甲醚(PODE)混合燃料的排放性能,以增压中冷柴油机作为试验发动机,以不同掺混比例的F-T柴油/PODE混合燃料、0#柴油和F-T柴油作为研究燃料,对发动机的排放物进行对比研究。结果表明:常规排放物中,混合燃料的NO_x排放与其他对比燃料基本相同,但对CO和碳烟的排放较0#柴油有显著的改善效果,且改善效果与PODE的掺混比例呈负相关。非常规排放物中,混合燃料对抑制甲醛的排放并无明显效果;但是可有效降低SO_2的排放,可见该混合燃料具有较好的排放性能。     

石油焦与油页岩混合燃料流化床的着火特性

对石油焦与油页岩混合燃料的着火特性进行了试验。在流化床(CFB)中对2号混合燃料(油页岩与石油焦质量比3∶7)采用床下油枪点火,在冷态条件下,当底部床层温度增加到420℃左右时,少量燃料颗粒着火燃烧;待床层温度升到650℃时逐渐减少投油量,可使试验燃料顺利着火并稳定燃烧。当油页岩与石油焦的质量比为3∶7时,混合燃料的着火特性完全满足流化床运行要求;燃料挥发分含量是其着火温度的主要影响因素,除1号混合燃料外,其他4种混合燃料挥发分均大于茂名石化CFB锅炉设计烟煤的挥发分,2号混合燃料着火特性优于该CFB锅炉设计烟煤。     

低比例DME/LPG混合燃料对点燃式发动机性能和排放的影响

在发动机试验台架上初步研究了Santana 2000汽油机燃用w=-5%～15%二甲醚(DME)的DME/LPG(液化石油气)混合燃料时的性能以及排放,分析了混合燃料对汽油机性能的影响.研究结果表明:燃用低比例的DME/LPG混合燃料时,发动机的动力性达到甚至略超过燃用LPG时的水平,有效热效率和燃油经济性都有所改善;点燃式发动机燃用DME/LPG混合燃料后,发动机的CO和HC排放降低,Nox排放增加.低比例DME/LPG混合燃料在点燃式发动机中具有一定的开发潜力.     

一种新型含氧燃料对柴油机燃烧特性的影响

为解决柴油机的碳烟颗粒和氮氧化物排放难以同步降低的矛盾,在一台TY1100直喷柴油机上对新设计的一种含氧添加剂乙酸-2-甲氧基乙酯(MEA)和柴油的混合燃料进行了燃烧和排放的试验研究.结果表明:MEA可与柴油实现良好的互溶;在相同的工况下,随着混合燃料中MEA比例的增加,柴油机缸内的最高压力变化较小,但滞燃期略有延长,瞬时放热率增加,燃烧持续时间变短;MEA可以显著降低柴油机的碳烟排放,可使HC和CO的排放有一定程度的降低,但对发动机NOx的排放没有明显的影响;在不改变发动机结构参数的条件下,当燃用体积分数为15%的MEA混合燃料时,发动机的碳烟排放平均降低约50%,发动机的标定功率下降约5%,而热效率提高约2%.     

小型沼气发动机性能试验

将沼气为燃料的发动机及其性能参数优化作为研究对象，测试分析了试验用沼气的主要成分，建立了小型沼气发动机试验台架，通过试验研究影响沼气发动机性能的因素，分析各因素对沼气发动机起动性、动力性、经济性、排放性的影响，为小型沼气发电机组产业化，积累了有价值的试验数据。     

柴油机燃用二甲醚/柴油混合燃料时的性能与排放研究

研究了二甲醚／柴油混合燃料的互溶性，包括饱和蒸气压和浊点的测量，并在CA4113直喷式柴油机上开展了燃用不同比例二甲醚／柴油混合燃料的试验研究．通过优化发动机系统参数，寻求在柴油机上燃用混合燃料的合适配比．结果表明：随着二甲醚添加比例的增大，二甲醚／柴油混合燃料的饱和蒸气压上升，浊点明显下降，互溶区扩大，当采用0#柴油时，D30燃料（质量分数为30％的二甲醚和70％的柴油混合而成）的浊点可降低到-6℃；由于混合燃料的热值降低，当不增加循环供油量时，发动机功率下降；由于混合燃料含氧量增加，燃烧更为完善，燃油经济性有所改善；发动机在高负荷范围内碳烟降低60％以上，在整个负荷范围内NOx排放可以降低30％左右。     

柴油机燃用丁醇柴油燃料的非常规排放特性

对某共轨柴油机燃用国V柴油(简称D100)、丁醇-柴油混合燃料的CO2,CH4,N2O,SO2和醛类等非常规排放特性进行了研究.在未对原机做任何改动的情况下,分别燃用丁醇体积比为0,10%,20%,30%和50%的5种丁醇-柴油混合燃料,分析比较了不同丁醇-柴油配比对发动机非常规排放的影响.结果表明:共轨柴油机燃用丁醇-柴油混合燃料后,在外特性下,与D100相比,各掺混比的混合燃料CO2、N2O、醛类和SO2排放升高且均随着丁醇掺混比的增加呈升高趋势,CH4整体排放较低;在最大转矩转速1 400r·min-1和额定转速2 200r·min-1负荷特性下,与D100相比,随着负荷的增加,丁醇-柴油混合燃料CO2、N2O、醛类和SO2排放升高,CH4排放在1.0×10-6以内.     

小型航天器液化气推进系统的数值模拟

为研究小型航天器液化气推进系统的工作性能,依据质量、能量守恒方程建立了一维、单组元液化气自蒸发过程的数值模型。利用模型对温度、压力、质量流量等主要参数进行了理论仿真,并搭建试验平台进行测试验证。N2O自蒸发实验表明,模型仿真与相应测试结果吻合良好,证明了该模型在假设条件下的有效性。该数值模型适用于所有真实气体的液化气推进、冷气推进,以及外太空真空、零重力条件下的液化气推进。研究结果可用于评估小型航天器的液化气发动机。     

固体火箭发动机撞击点火数值模拟计算

装填高能复合推进剂的固体发动机,在跌落和撞击等情况下可能发生燃烧或爆炸. 为了对发动机低速撞击下的安全性进行评价,建立了发动机撞击靶板点火计算模型,采用热力耦合算法实现机械能和热能之间的转化,采用Arrhenius方程描述推进剂自热反应过程. 对直径为200 mm和480 mm发动机撞击靶板过程进行数值模拟计算,获得了与火箭橇实验结果一致的速度阈值范围. 结果表明计算模型能较好描述发动机撞击点火过程. 计算结果表明,装药量大的发动机撞击后更容易发生点火,发动机撞击点火速度阈值与装药量的对数成线性关系.     

85%H_2O_2的催化分解性能试验

高浓度过氧化氢是一种理想的绿色氧化剂,近年来在航天领域受到了广泛的重视.它的分解速度直接影响固液火箭发动机的各项性能,因此,过氧化氢的催化分解研究是固液火箭发动机研究的重要一环.文章主要针对85%过氧化氢-低密度聚乙烯固液火箭发动机氧化剂过氧化氢催化剂的催化分解进行了研究,并通过固液发动机试验结果,从理论上分析了影响过氧化氢分解效率的因素.结果表明,200目镀银镍网具有良好的催化能力,在镀银镍丝催化网涂覆适当的添加剂可以迅速分解过氧化氢,用85%过氧化氢对镀银镍网进行预处理可提高催化剂的初始启动性能,改进氧化剂喷嘴的结构设计可减少催化网的"通道效应"并减善过氧化氢积存状况.     

纯电动汽车驱动电动机系统效率模型的试验

为了在工况变换控制过程中,实现基于电动机系统最佳效率的优化控制,构建了电动机系统效率与转速及转矩之间的关系式.由实车测得的数据,确定了研究工况的范围,在电动机加载试验台上对电动机系统效率特性进行了测试,结果显示被测驱动电动机系统效率η>80%的区域面积占整个测试区域范围的77.1%.基于最小二乘法,对电动机系统效率进行曲面拟合,综合考虑拟合结果的精度及运算工作量,确定采用4次函数构建电动机系统效率模型;利用驱动电动机外特性部分工况点测试结果对模型进行了验证.结果表明:模型计算值与实测值的最大相对误差为3.9%,建立的模型是有效的,该模型能够为在整车控制器中制定基于电动机系统最佳效率的优化控制策略提供依据.     

基于体烧蚀模型的后效推力预示方法研究

为了获得固体火箭发动机的高空后效推力,提出了基于气相环境双区体烧蚀模型。考虑粒子侵蚀热效应,将发动机熄火后燃烧室的瞬时压强和温度与绝热层烧蚀放气量进行耦合迭代的后效推力预示方法。根据某固体火箭发动机燃烧室绝热层的结构布局和工作参数,计算得到绝热层的碳化烧蚀率、烧蚀质量损失速率、温度场分布、炭化层孔隙结构和发动机高空后效推力,后效推力曲线与发动机遥测数据包线上限吻合,验证了预示方法的可行性。     

固体火箭发动机推力偏心分析与试验研究

零部件的设计公差、加工误差和装配误差会使固体火箭发动机产生推力偏心。该文从理论上详细分析了推力偏心产生的原因及其控制方法，重点归纳了零件设计公差、加工误差和装配误差等参数对推力偏心的影响程度及其量值范围。以六分力试验原理为基础建立了合理的试验系统。用该系统对某发动机的自身侧向力数据进行点火测试，试验结果与理论分析较吻合，验证了理论分析的正确性。所得结论对发动机的设计、装配质量和导弹控制研究具有较大指导意义。     

二维火箭发动机燃烧室化学反应粘性流场的数值模拟

用时间相关法的显式格式 ,结合两方程的k -ε湍流模型求解氢氧发动机燃烧室中的粘性化学反应流场 ,化学反应采用 9种组分、5个主要反应的有限速率的化学反应模型 ,得到了流动参数与组分的质量分数在燃烧室中的分布情况。其结果同理论分析的结果相一致 ,从而验证了用数值模拟方法取代部分实际试验的可行性及可信性     

影响固体火箭发动机推力偏心特性的误差源研究

为了找出产生火箭发动机推力偏心的主要误差源,利用六分力推力偏心测试系统对装药初温,喷喉误差,喷管内型面缺陷等影响推力偏心的情况进行了试验研究。研究结果表明：装药初温,喷喉形状尺寸误差,多喷管安装误差,喷管内型面缺陷等都对推力偏心有较大影响,获得了对固体火箭发动机设计与制造非常有参考价值的试验结果。     

航空发动机试车台空气雾化加湿系统设计与研究

航空发动机检验试车时,进口空气湿度会影响对发动机性能的准确评判。针对某航空发动机试车台,开展了空气雾化加湿系统设计与研究。采用基于欧拉法的气液两相流动计算方法研究了液滴喷出后的运动过程和传质过程,分析了液滴参数对空气湿度的影响。计算结果表明：液滴直径直接影响了空气的加湿湿度,饱和水蒸气加湿流量条件下,空气温度与液滴最大允许直径成抛物线关系;低温环境时,可以通过喷射过盈的水流量增大空气湿度。根据分析结果,完成了航空发动机试车台雾化喷嘴选型和喷雾段设计,通过开启不同数量的喷嘴可以满足不同温度下进口空气的加湿需求。     

混合动力轿车的控制策略与建模

采用理论模型和试验数据相结合的建模方法，在系统仿真软件MATLAB／Simulink环境中建立了EQ7200HEV混合动力轿车样车A的仿真模型，该整车模型的控制策略采用了逻辑门限与瞬时优化相结合的算法，既可以满足实时性的要求，又能同时兼顾电池的充放电损失和制动回收电能．仿真结果与实验数据比较表明，文中提出的控制策略能有效地控制混合动力系统在高效区工作，显著地提高了汽车的燃油经济性．     

低质量流速垂直和倾斜并联内螺纹管两相流不稳定性研究

在200~450 kg/(m2.s)的低质量流速下,采用31.8 mm×6 mm的6头内螺纹管,在高压试验台上进行了垂直和倾斜并联内螺纹管两相流不稳定性对比试验研究.研究表明:对压力降脉动和密度波脉动,随着进口压力和质量流速的增加,发生脉动的界限热负荷增加,垂直并联管的界限热负荷总是大于倾斜并联管,说明垂直并联内螺纹管的稳定性更好;过冷度对脉动发生的界限热负荷和脉动周期的影响出现不同的趋势.通过对试验数据进行回归处理,给出了两种条件下发生不稳定性脉动的起始点无因次准则方程.