HAP三組元推進劑泵供系統(tǒng)流動特性仿真

2017-04-10 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

HAP三組元推進劑泵供系統(tǒng)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(xiàn)的燃燒振蕩, 開展水下航行器HAP三組元推進劑泵供系統(tǒng)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(tài), 使用1D軟件AMESim模擬出泵供系統(tǒng)流動特性, 通過三組元燃燒動態(tài)測試試驗, 測得泵供系統(tǒng)各組部件流體壓力脈動情況, 以驗證仿真模型。結(jié)果表明, 仿真獲取的泵供系統(tǒng)流動特性與試驗所測脈動規(guī)律基本吻合, 證明了仿真獲取的各組部件脈動頻率等參數(shù)的準確性, 這些參數(shù)可為設(shè)計和優(yōu)化液壓元器件提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞: 水下航行器; HAP三組元推進劑; 泵供系統(tǒng); 流動特性

0 引言

HAP三組元推進劑燃燒試驗中出現(xiàn)了燃燒振蕩, 燃燒振蕩的出現(xiàn)會伴隨著放熱量和壓力的大幅波動, 可能會導(dǎo)致動力系統(tǒng)損傷, 因此, 熱動力系統(tǒng)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(tài)不穩(wěn)定會導(dǎo)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(dǎo)致“堆積燃燒”, 嚴重時可導(dǎo)致燃燒振蕩; 3) 泵供系統(tǒng)的耦合振蕩。HAP三組元泵供系統(tǒng)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(dǎo)致燃料流量和壓力脈動[2], 當變工況時, 變量燃料泵還會產(chǎn)生燃料流量和壓力的脈沖, 這種脈沖會與供應(yīng)系統(tǒng)彈性環(huán)節(jié)(單向閥閥芯和旋流噴嘴閥芯)產(chǎn)生響應(yīng)和反饋, 若設(shè)計不好有可能產(chǎn)生放大效應(yīng), 引起燃燒時滯的劇烈變化, 導(dǎo)致燃燒振蕩。

文章主要研究由泵供系統(tǒng)組成的燃燒試驗系統(tǒng)是否產(chǎn)生燃燒振蕩, 具體研究燃燒室前端的泵供系統(tǒng), 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(wěn)定性有很大影響, 但影響程度和影響規(guī)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(tǒng)仿真。同時, 通過燃燒試驗測量供應(yīng)回路動態(tài)壓力參數(shù), 以驗證和修正仿真模型。

1 泵供系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

2 燃料泵仿真

3 系統(tǒng)仿真與分析

4 試驗驗證

(以上內(nèi)容詳見《魚雷技術(shù)》2016-2期P126~131)

5 結(jié)論

針對HAP三組元推進劑燃燒試驗中出現(xiàn)的燃燒振蕩, 分析總結(jié)了可能產(chǎn)生的原因, 并對燃料泵供系統(tǒng)進行系統(tǒng)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(jié)論如下: 1) 首次從泵供系統(tǒng)層面研究燃燒不穩(wěn)定的影響機理, 建立起泵供系統(tǒng)仿真模型; 2) 泵后液壓系統(tǒng)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(chǎn)生流量和壓力的脈沖, 且不會激起液壓元件的耦合振蕩。

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