HAP三组元推进剂泵供系统流动特性仿真

2017-04-10 by:CAE仿真在线来源:互联网

HAP三组元推进剂泵供系统流动特性仿真

王凯1, 2, 孙涛1, 史小锋1, 伊寅1, 伊进宝1, 韩勇军 1

(1. 中国船舶重工集团公司第705研究所, 陕西西安, 710077; 2. 水下信息与控制重点实验室, 陕西西安, 710077)

摘要: 文中针对燃烧试验出现的燃烧振荡, 开展水下航行器HAP三组元推进剂泵供系统流动特性研究。使用3D仿真软件PumpLinx模拟出燃料泵的流动状态, 使用1D软件AMESim模拟出泵供系统流动特性, 通过三组元燃烧动态测试试验, 测得泵供系统各组部件流体压力脉动情况, 以验证仿真模型。结果表明, 仿真获取的泵供系统流动特性与试验所测脉动规律基本吻合, 证明了仿真获取的各组部件脉动频率等参数的准确性, 这些参数可为设计和优化液压元器件提供技术支撑。

关键词: 水下航行器; HAP三组元推进剂; 泵供系统; 流动特性

0 引言

HAP三组元推进剂燃烧试验中出现了燃烧振荡, 燃烧振荡的出现会伴随着放热量和压力的大幅波动, 可能会导致动力系统损伤, 因此, 热动力系统必须避免或控制燃烧振荡。从公开出版的资料可以看出, 引起燃烧室压力波动的原因主要有以下几个方面: 1) HAP三组元燃料比例和掺混状态不稳定会导致燃烧室热容随之变化, 引起燃烧压力波动[1]; 2) 燃料在燃烧室里的燃烧时滞, 会导致“堆积燃烧”, 严重时可导致燃烧振荡; 3) 泵供系统的耦合振荡。HAP三组元泵供系统中的燃料泵是一种轴向柱塞泵, 其输出油液的流量是周期性脉动的, 会导致燃料流量和压力脉动[2], 当变工况时, 变量燃料泵还会产生燃料流量和压力的脉冲, 这种脉冲会与供应系统弹性环节(单向阀阀芯和旋流喷嘴阀芯)产生响应和反馈, 若设计不好有可能产生放大效应, 引起燃烧时滞的剧烈变化, 导致燃烧振荡。

文章主要研究由泵供系统组成的燃烧试验系统是否产生燃烧振荡, 具体研究燃烧室前端的泵供系统, 包括变量燃料泵、燃料管路、单向阀和旋流喷嘴等组部件, 如图1所示。这些部件的流动特性及其耦合特性对燃烧稳定性有很大影响, 但影响程度和影响规律目前尚不可知, 因此需对变量燃料泵进行3D仿真, 对单向阀、喷嘴、燃料管路进行1D系统仿真。同时, 通过燃烧试验测量供应回路动态压力参数, 以验证和修正仿真模型。

1 泵供系统结构及原理

2 燃料泵仿真

3 系统仿真与分析

4 试验验证

(以上内容详见《鱼雷技术》2016-2期P126~131)

5 结论

针对HAP三组元推进剂燃烧试验中出现的燃烧振荡, 分析总结了可能产生的原因, 并对燃料泵供系统进行系统建模及仿真, 获取了各组部件的压力脉动情况, 最后通过燃烧试验, 测量了各组部件的压力脉动, 验证了仿真模型。主要结论如下: 1) 首次从泵供系统层面研究燃烧不稳定的影响机理, 建立起泵供系统仿真模型; 2) 泵后液压系统对燃料压力波动削弱明显, 但其影响机理仍有待研究; 3) 换速过程没有产生流量和压力的脉冲, 且不会激起液压元件的耦合振荡。

参考文献:

[1] 党建军, 罗凯, 张宇文. HAP三组元燃烧旋转燃烧室振荡燃烧外部激励研究[J]. 西北工业大学学报, 2005, 23 (2): 212-216.

[2] 杨逢瑜, 胡敏, 胡静, 等. 斜柱塞斜盘式轴向柱塞泵的流量特性[J]. 兰州理工大学学报, 2011, 37(3): 60-64.

[3] 杨杰, 钱志博, 张进军, 等. 水下三组元动力系统燃烧稳定性实验研究[J]. 船舶工程, 2007, 29(2): 26-29.

[4] 张乐迪, 张显余. 飞机液压管道流固耦合振动特性及动响应分析[J]. 科学技术与工程, 2014, 14(28): 153-157.

[5] 方建忠. 多排式轴向柱塞泵的关键技术研究及动态仿真[D]. 重庆: 重庆大学, 2007.

[6] Elayaraja R. Lingeswaramurthy P, Govindarajan S. Performance of Gerotor Oil Pump for an Automotive Engine-prediction Using CFD Analysis and Experimental Validation[R]. USA: Society of Automotive Engineer, 2009.

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