【摘 要】
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固液燃料混合推进是航天推进系统的重要部件,液体发动机燃料热熵低,为了提高火箭或导弹的续航能力,迫切需要提高燃料的热熵。鉴于此,结合固体粉末燃料热熵高的特点,提出了固液混合燃烧的概念,进而提高发动机燃料的热熵,以期增加发动机的续航里程。在国家自然科学基金项目“基于加工过程的螺旋曲面精密成型刀具齿形优化设计理论研究”(项目编号:51575069)和横向课题“固液掺混输送设备研究”(项目编号:XXXXX
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“基于加工过程的螺旋曲面精密成型刀具齿形优化设计理论研究”(项目编号:51575069); 横向课题“固液掺混输送设备研究”(项目编号:XXXXXXXX);
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固液燃料混合推进是航天推进系统的重要部件,液体发动机燃料热熵低,为了提高火箭或导弹的续航能力,迫切需要提高燃料的热熵。鉴于此,结合固体粉末燃料热熵高的特点,提出了固液混合燃烧的概念,进而提高发动机燃料的热熵,以期增加发动机的续航里程。在国家自然科学基金项目“基于加工过程的螺旋曲面精密成型刀具齿形优化设计理论研究”(项目编号:51575069)和横向课题“固液掺混输送设备研究”(项目编号:XXXXXXXX)等项目的资助下,论文重点开展固液混输系统的设计与实验研究,包括理论研究、模型设计、仿真计算、实验调试等,以实现固液燃料变流量、变比例、变压力输送,且混输均匀。论文主要研究内容为:(1)为实现含固体颗粒的固液混输,在保证容积效率前提下,对关键结构双螺杆齿形设计展开研究。根据齿轮啮合原理的平面包络理论,考虑啮合间隙,开展了螺杆泵螺杆齿型的设计及修形方法研究,重点分析了深切修形法、等距线修形法、等距面修形法等修形方式对啮合间隙的影响关系,为后续螺杆齿型的优化提供基础。(2)针对采用深切修形法、等距线修形法、等距面修形法等修形后的螺杆型线,分别建立了三维模型及流场仿真模型,分析了不同修形方式下的流场性能,包括:压力场,流量和容积效率随转速、压力变化的关系等,在综合对输送性能进行定量和定性分析结果的基础上,确定最佳修形方式。(3)在螺杆齿形优化的基础上,围绕固液混合均匀、变比例等开展固液混输系统设计研究。研究了螺旋输送机结构参数对输送性能的影响关系,重点针对固液混合的均匀性要求,在深入分析不同搅拌叶轮混合效果的基础上,确定了最佳混合结构,为固液混输系统样机的研制及实验验证提供基础。(4)针对固液混输系统,搭建实验平台,建立液压测试系统,设计实验矩阵,进行固体输送、液体输送、固液混合实验,开展压力、流量等测试。提出了基于本文研究系统的固液混合均匀性评价方法,整机性能稳定,混输效果良好,满足变流量、变比例、均匀混合的要求,本文设计的燃料泵可为变推力火箭发动机的设计提供参考。
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