HAP三組元推進劑泵供系統流動特性仿真

2017-04-10 by:CAE仿真在線來源:互聯網

HAP三組元推進劑泵供系統流動特性仿真

王凱1, 2, 孫濤1, 史小鋒1, 伊寅1, 伊進寶1, 韓勇軍 1

(1. 中國船舶重工集團公司第705研究所, 陜西西安, 710077; 2. 水下信息與控制重點實驗室, 陜西西安, 710077)

摘要: 文中針對燃燒試驗出現的燃燒振蕩, 開展水下航行器HAP三組元推進劑泵供系統流動特性研究。使用3D仿真軟件PumpLinx模擬出燃料泵的流動狀態, 使用1D軟件AMESim模擬出泵供系統流動特性, 通過三組元燃燒動態測試試驗, 測得泵供系統各組部件流體壓力脈動情況, 以驗證仿真模型。結果表明, 仿真獲取的泵供系統流動特性與試驗所測脈動規律基本吻合, 證明了仿真獲取的各組部件脈動頻率等參數的準確性, 這些參數可為設計和優化液壓元器件提供技術支撐。

關鍵詞: 水下航行器; HAP三組元推進劑; 泵供系統; 流動特性

0 引言

HAP三組元推進劑燃燒試驗中出現了燃燒振蕩, 燃燒振蕩的出現會伴隨著放熱量和壓力的大幅波動, 可能會導致動力系統損傷, 因此, 熱動力系統必須避免或控制燃燒振蕩。從公開出版的資料可以看出, 引起燃燒室壓力波動的原因主要有以下幾個方面: 1) HAP三組元燃料比例和摻混狀態不穩定會導致燃燒室熱容隨之變化, 引起燃燒壓力波動[1]; 2) 燃料在燃燒室里的燃燒時滯, 會導致“堆積燃燒”, 嚴重時可導致燃燒振蕩; 3) 泵供系統的耦合振蕩。HAP三組元泵供系統中的燃料泵是一種軸向柱塞泵, 其輸出油液的流量是周期性脈動的, 會導致燃料流量和壓力脈動[2], 當變工況時, 變量燃料泵還會產生燃料流量和壓力的脈沖, 這種脈沖會與供應系統彈性環節(單向閥閥芯和旋流噴嘴閥芯)產生響應和反饋, 若設計不好有可能產生放大效應, 引起燃燒時滯的劇烈變化, 導致燃燒振蕩。

文章主要研究由泵供系統組成的燃燒試驗系統是否產生燃燒振蕩, 具體研究燃燒室前端的泵供系統, 包括變量燃料泵、燃料管路、單向閥和旋流噴嘴等組部件, 如圖1所示。這些部件的流動特性及其耦合特性對燃燒穩定性有很大影響, 但影響程度和影響規律目前尚不可知, 因此需對變量燃料泵進行3D仿真, 對單向閥、噴嘴、燃料管路進行1D系統仿真。同時, 通過燃燒試驗測量供應回路動態壓力參數, 以驗證和修正仿真模型。

1 泵供系統結構及原理

2 燃料泵仿真

3 系統仿真與分析

4 試驗驗證

(以上內容詳見《魚雷技術》2016-2期P126~131)

5 結論

針對HAP三組元推進劑燃燒試驗中出現的燃燒振蕩, 分析總結了可能產生的原因, 并對燃料泵供系統進行系統建模及仿真, 獲取了各組部件的壓力脈動情況, 最后通過燃燒試驗, 測量了各組部件的壓力脈動, 驗證了仿真模型。主要結論如下: 1) 首次從泵供系統層面研究燃燒不穩定的影響機理, 建立起泵供系統仿真模型; 2) 泵后液壓系統對燃料壓力波動削弱明顯, 但其影響機理仍有待研究; 3) 換速過程沒有產生流量和壓力的脈沖, 且不會激起液壓元件的耦合振蕩。

參考文獻:

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