HAP三組元推進(jìn)劑泵供系統(tǒng)流動(dòng)特性仿真

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

HAP三組元推進(jìn)劑泵供系統(tǒng)流動(dòng)特性仿真

王凱1, 2, 孫濤1, 史小鋒1, 伊寅1, 伊進(jìn)寶1, 韓勇軍 1

(1. 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第705研究所, 陜西西安, 710077; 2. 水下信息與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西西安, 710077)

摘要: 文中針對(duì)燃燒試驗(yàn)出現(xiàn)的燃燒振蕩, 開(kāi)展水下航行器HAP三組元推進(jìn)劑泵供系統(tǒng)流動(dòng)特性研究。使用3D仿真軟件PumpLinx模擬出燃料泵的流動(dòng)狀態(tài), 使用1D軟件AMESim模擬出泵供系統(tǒng)流動(dòng)特性, 通過(guò)三組元燃燒動(dòng)態(tài)測(cè)試試驗(yàn), 測(cè)得泵供系統(tǒng)各組部件流體壓力脈動(dòng)情況, 以驗(yàn)證仿真模型。結(jié)果表明, 仿真獲取的泵供系統(tǒng)流動(dòng)特性與試驗(yàn)所測(cè)脈動(dòng)規(guī)律基本吻合, 證明了仿真獲取的各組部件脈動(dòng)頻率等參數(shù)的準(zhǔn)確性, 這些參數(shù)可為設(shè)計(jì)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(jìn)劑; 泵供系統(tǒng); 流動(dòng)特性

0 引言

HAP三組元推進(jìn)劑燃燒試驗(yàn)中出現(xiàn)了燃燒振蕩, 燃燒振蕩的出現(xiàn)會(huì)伴隨著放熱量和壓力的大幅波動(dòng), 可能會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力系統(tǒng)損傷, 因此, 熱動(dòng)力系統(tǒng)必須避免或控制燃燒振蕩。從公開(kāi)出版的資料可以看出, 引起燃燒室壓力波動(dòng)的原因主要有以下幾個(gè)方面: 1) HAP三組元燃料比例和摻混狀態(tài)不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致燃燒室熱容隨之變化, 引起燃燒壓力波動(dòng)[1]; 2) 燃料在燃燒室里的燃燒時(shí)滯, 會(huì)導(dǎo)致“堆積燃燒”, 嚴(yán)重時(shí)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(dòng)的, 會(huì)導(dǎo)致燃料流量和壓力脈動(dòng)[2], 當(dāng)變工況時(shí), 變量燃料泵還會(huì)產(chǎn)生燃料流量和壓力的脈沖, 這種脈沖會(huì)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(jì)不好有可能產(chǎn)生放大效應(yīng), 引起燃燒時(shí)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(yàn)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(dòng)特性及其耦合特性對(duì)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(duì)變量燃料泵進(jìn)行3D仿真, 對(duì)單向閥、噴嘴、燃料管路進(jìn)行1D系統(tǒng)仿真。同時(shí), 通過(guò)燃燒試驗(yàn)測(cè)量供應(yīng)回路動(dòng)態(tài)壓力參數(shù), 以驗(yàn)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(yàn)驗(yàn)證

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

5 結(jié)論

針對(duì)HAP三組元推進(jìn)劑燃燒試驗(yàn)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(duì)燃料泵供系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)建模及仿真, 獲取了各組部件的壓力脈動(dòng)情況, 最后通過(guò)燃燒試驗(yàn), 測(cè)量了各組部件的壓力脈動(dòng), 驗(yàn)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(jī)理, 建立起泵供系統(tǒng)仿真模型; 2) 泵后液壓系統(tǒng)對(duì)燃料壓力波動(dòng)削弱明顯, 但其影響機(jī)理仍有待研究; 3) 換速過(guò)程沒(méi)有產(chǎn)生流量和壓力的脈沖, 且不會(huì)激起液壓元件的耦合振蕩。

參考文獻(xiàn):

[1] 黨建軍, 羅凱, 張宇文. HAP三組元燃燒旋轉(zhuǎn)燃燒室振蕩燃燒外部激勵(lì)研究[J]. 西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 23 (2): 212-216.

[2] 楊逢瑜, 胡敏, 胡靜, 等. 斜柱塞斜盤(pán)式軸向柱塞泵的流量特性[J]. 蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 37(3): 60-64.

[3] 楊杰, 錢(qián)志博, 張進(jìn)軍, 等. 水下三組元?jiǎng)恿ο到y(tǒng)燃燒穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)研究[J]. 船舶工程, 2007, 29(2): 26-29.

[4] 張樂(lè)迪, 張顯余. 飛機(jī)液壓管道流固耦合振動(dòng)特性及動(dòng)響應(yīng)分析[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程, 2014, 14(28): 153-157.

[5] 方建忠. 多排式軸向柱塞泵的關(guān)鍵技術(shù)研究及動(dòng)態(tài)仿真[D]. 重慶: 重慶大學(xué), 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.

開(kāi)放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才