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液体火箭推进系统动态特性仿真研究

白晓瑞  
【摘要】: 本文以液体火箭推进系统为研究对象,根据模块化的建模和仿真思想,应用AMESim软件开发了发动机系统各组件的仿真模块,构建出发动机系统的通用仿真测试模型,对不同类型的推进系统进行了动态特性仿真研究。 首先将推进系统划分为推进剂供应管路、贮箱增压系统、涡轮泵系统、推力室系统、阀门与自动器等组件,比较系统地建立了包括液体管路、气体管路、贮箱、离心泵、涡轮、转子、喷注器、燃烧室、喷管、冷却夹套、阀门和调节器等基本模块的动力学模型。 其次利用AMESim软件的模型库和开发工具,建立了推进系统基本元件的仿真模型,通过对减压阀、燃气发生器、涡轮泵等组件的测试,证明了所建立模型的准确性和有效性。 对液氧贮箱增压系统进行方案设计,建立了气瓶贮气式增压和汽化自生增压两种方案的仿真模型,仿真结果满足了预定的压力和流量等指标要求,比较了氦气、氮气和空气的增压效果,结果表明氦气的增压效率最高。 设计了可应用于火箭或卫星上的姿轨控发动机系统的方案,搭建了姿轨控发动机的分系统和全系统的仿真测试平台,对整机系统的工作过程进行仿真,结果表明该仿真模型能够较好地反映发动机系统包括减压阀、电磁阀、推力室等各组件的实际工作特性和模拟起动、关机、脉冲响应、水击等现象。 最后针对过氧化氢/煤油变推力发动机系统,研究了催化床的流阻与床载的关系,利用AMESet开发了头部均流充填喷注元件和催化床元件,建立变推力发动机的仿真模型,对其工作过程开展仿真,得到推进系统在推力调节过程中的动态特性。


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