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液体火箭发动机涡轮泵音叉式整体叶盘低周疲劳寿命可靠性研究
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作者 王珏 窦唯 +2 位作者 金志磊 姜绪强 李东 《推进技术》 北大核心 2025年第5期278-286,共9页
涡轮作为液体火箭发动机的关键构件,其低周疲劳寿命和可靠性直接影响液体火箭发动机的安全性能。对某液体火箭发动机涡轮泵音叉式整体叶盘开展流场分析和静强度分析,并基于局部应力-应变法获得了设计工况下整体叶盘的低周疲劳寿命。采... 涡轮作为液体火箭发动机的关键构件,其低周疲劳寿命和可靠性直接影响液体火箭发动机的安全性能。对某液体火箭发动机涡轮泵音叉式整体叶盘开展流场分析和静强度分析,并基于局部应力-应变法获得了设计工况下整体叶盘的低周疲劳寿命。采用拉丁超立方抽样方法,以转速、密度及弹性模量为随机输入变量,建立最大应力和最大应变的Kriging代理模型。通过大样本抽样,得到了音叉式整体叶盘的低周疲劳寿命概率分布,进而得出其疲劳寿命可靠度曲线。结果表明:整体叶盘的低周疲劳寿命呈右偏态分布,近似威布尔分布。 展开更多
关键词 液体火箭发动机 音叉式整体叶盘 低周疲劳寿命 KRIGING模型 可靠度
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液体火箭发动机涡轮泵浮动环密封泄漏特性修正方法
2
作者 王珏 窦唯 +2 位作者 姜绪强 金志磊 林奇燕 《宇航学报》 北大核心 2025年第4期722-730,共9页
为了更精确计算浮动环密封泄漏特性的变化规律,结合建立的浮动密封环间隙内流体瞬态流动模型和搭建大压差高速涡轮泵浮动环密封特性试验台,基于泄漏量均方根误差最小优化目标,采用梯度下降法寻找最优修正系数,构建一种涡轮泵浮动环泄漏... 为了更精确计算浮动环密封泄漏特性的变化规律,结合建立的浮动密封环间隙内流体瞬态流动模型和搭建大压差高速涡轮泵浮动环密封特性试验台,基于泄漏量均方根误差最小优化目标,采用梯度下降法寻找最优修正系数,构建一种涡轮泵浮动环泄漏量修正方法,并采用案例验证该方法的准确性。结果表明,提出的泄漏量修正方法具有高效与高精度的特点,以0.11 mm间隙浮动环为例,数值计算泄漏量与试验值最大误差由7.41%降低为1.42%,仅需几个浮动环泄漏量试验测试数据,即可获得较精确的全工况的泄漏量数据。该方法可以用于指导液体火箭发动机涡轮泵密封环设计,确保更精确计算发动机工作效率。 展开更多
关键词 液体火箭发动机涡轮泵 浮动环密封 泄漏特性 试验研究
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基于数字技术的液体火箭发动机可靠性研究进展
3
作者 谭永华 邓永锋 +2 位作者 胡海峰 汪广旭 李星 《火箭推进》 北大核心 2025年第3期19-26,共8页
液体火箭发动机工作过程极为复杂,工作环境和工况异常严酷,对可靠性要求极高。围绕发动机技术特点,系统分析了数字技术支撑下的可靠性研究需求。总结了近年来液体火箭发动机可靠性研究的最新进展,阐述了可靠性研究方法标准以及发动机设... 液体火箭发动机工作过程极为复杂,工作环境和工况异常严酷,对可靠性要求极高。围绕发动机技术特点,系统分析了数字技术支撑下的可靠性研究需求。总结了近年来液体火箭发动机可靠性研究的最新进展,阐述了可靠性研究方法标准以及发动机设计、制造等关键环节可靠性研究的成果,分析了液体火箭发动机可靠性研究面临的挑战,并提出了后续研究展望。 展开更多
关键词 液体火箭发动机 可靠性 数字技术 产品保证
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液体火箭发动机涡轮泵振动问题研究现状及展望
4
作者 王珏 窦唯 +1 位作者 杜家磊 金志磊 《推进技术》 北大核心 2025年第4期14-29,共16页
涡轮泵作为液体火箭发动机的核心高速旋转增压组件,其振动特性研究涉及多学科交叉领域,涵盖流体力学、结构力学、转子动力学及热力学等。本文系统梳理了涡轮泵振动问题的研究进展,从结构激振、流体激振和耦合振动三个维度展开论述:在结... 涡轮泵作为液体火箭发动机的核心高速旋转增压组件,其振动特性研究涉及多学科交叉领域,涵盖流体力学、结构力学、转子动力学及热力学等。本文系统梳理了涡轮泵振动问题的研究进展,从结构激振、流体激振和耦合振动三个维度展开论述:在结构激振方面,重点探讨了转子不平衡、动静碰摩、轴系松动及内摩擦等典型问题,在流体激振方面,深入分析了动静干涉流体激振、喘振、空化等;在耦合振动方面,主要讨论了密封-转子耦合、涡轮颤振等多物理场耦合问题。针对大推力可重复使用发动机的研制,指出需要在振动引起的涡轮泵关键构件动应力与疲劳寿命关系,涡轮泵大幅偏离设计工况引起的流体激振问题,多因素耦合建模分析和振动的主动控制三方面加强涡轮泵振动问题研究,以适应发动机大范围变工况、高可靠和长寿命工作要求。 展开更多
关键词 液体火箭发动机 涡轮泵 结构激振 流体激振 耦合振动 综述
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液体火箭发动机健康监控技术智能化发展若干问题与挑战
5
作者 吴建军 刘育玮 程玉强 《火箭推进》 北大核心 2025年第3期27-54,共28页
液体火箭发动机作为运载火箭的核心动力装置,其健康状态直接关系到系统可靠性和任务安全实施。面对适应复杂多任务和重复使用要求,传统健康监控技术在实时在线监控、智能故障诊断与隔离、系统重构与容错控制等方面表现出明显的局限性。... 液体火箭发动机作为运载火箭的核心动力装置,其健康状态直接关系到系统可靠性和任务安全实施。面对适应复杂多任务和重复使用要求,传统健康监控技术在实时在线监控、智能故障诊断与隔离、系统重构与容错控制等方面表现出明显的局限性。系统回顾了液体火箭发动机健康监控技术的发展历程,阐明其正由被动监控、主动监控向高度自主化、智能化方向演进的趋势。系统梳理了人工智能特别是大语言模型在健康监控领域的研究进展,总结归纳了不同类型预测与健康管理大模型的技术特点与应用路径,分析了其在提升诊断泛化能力和语义理解能力方面的潜力。结合液体火箭发动机具体实际,提出健康监控技术智能化发展面临的主要挑战,并展望了未来发展主要方向。 展开更多
关键词 液体火箭发动机 健康监控 人工智能 大语言模型 故障诊断 预测与健康管理
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液体火箭发动机热-声不稳定性机理及预示方法的研究进展
6
作者 刘佩进 刘远哲 《火箭推进》 北大核心 2025年第3期178-197,共20页
在液体火箭发动机燃烧室内,由于声波、湍流以及非稳态热释放三者之间形成的正向反馈回路,热-声不稳定性会引发具有强破坏性的大振幅声学振荡,对发动机的稳定运行构成严重威胁,甚至可能导致灾难性后果。针对日益增长的低成本、高可靠性... 在液体火箭发动机燃烧室内,由于声波、湍流以及非稳态热释放三者之间形成的正向反馈回路,热-声不稳定性会引发具有强破坏性的大振幅声学振荡,对发动机的稳定运行构成严重威胁,甚至可能导致灾难性后果。针对日益增长的低成本、高可靠性的可重复使用发动机的研制需求,未来的先进发动机可能会面临新的热-声不稳定性问题。对液体火箭发动机背景下的热-声不稳定性研究进行了综述;系统梳理了与典型发动机结构与工况类型相关的热-声不稳定性机理;介绍了热-声不稳定性理论预示方法,包括热-声解耦后的线性方法与非线性方法;探讨了以高保真大涡模拟为代表的热-声不稳定性耦合求解方法;介绍了热-声不稳定性研究的新进展,包括数据驱动的动力系统理论与同步性理论以及AI赋能的热-声不稳定性预示方法等关键技术与科学问题。未来研究重点包括:开展发动机极端工作条件下低温推进剂的燃烧与火焰动力学行为研究;发展液体火箭发动机热-声不稳定性的非线性预示方法,进而对极限环以及触发等典型的非线性现象进行理论建模;发展高效、准确的跨/超临界流体物性计算方法,高压强湍流条件下的湍流燃烧模型,耦合大涡模拟算法的跨/超临界流体热-声不稳定性数值模拟方法;基于数据驱动的动力系统理论和同步理论分析方法,对液体火箭发动机热-声系统中典型的非周期性动力学状态进行判别,揭示非周期性热-声不稳定性的形成机制;发展AI赋能的热-声不稳定性预测方法,结合迁移学习和微调策略,解决真实发动机的小数据量难题,形成液体火箭发动机快速、有效的热-声不稳定预示方法。 展开更多
关键词 液体火箭发动机 燃烧不稳定性 数值模拟 理论建模 机器学习
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液体火箭发动机在月球探测活动中的应用及展望
7
作者 李清廉 蒋卓航 +2 位作者 彭竞锋 刘新林 田晞霖 《火箭推进》 北大核心 2025年第3期134-177,共44页
月球探测飞行任务包括火箭发射、地月轨道转移、月面着陆、月面上升等过程。液体火箭发动机在月球探测的各个飞行阶段均发挥着不可替代的作用。通过回顾从20世纪中叶至今全球探月计划的发展历程,总结人类3次月球探测历程的特点,详细分... 月球探测飞行任务包括火箭发射、地月轨道转移、月面着陆、月面上升等过程。液体火箭发动机在月球探测的各个飞行阶段均发挥着不可替代的作用。通过回顾从20世纪中叶至今全球探月计划的发展历程,总结人类3次月球探测历程的特点,详细分析美国、俄罗斯、中国、印度、日本等国家在月球探测任务中采用的主要液体火箭发动机的技术方案、技术特点、性能指标、应用情况及演变过程等特征,对发展未来的地外天体探测液体火箭发动机技术具有启示意义。进一步总结近年来的宇航探索与新工业技术趋势,提出液体火箭发动机的发展正朝着无毒化、系列化和可重复使用方向发展,人工智能、金属增材制造、先进材料技术的快速发展正在加速推进液体火箭发动机设计、制造及应用范式的转变,这些技术进步不仅有助于提升地月运输的经济性,还将为建设月球科研基地以及载人登月任务提供重要的技术支持。 展开更多
关键词 液体火箭发动机 月球探测 火箭发射 地月轨道转移 月面着陆及上升
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缩比液体火箭发动机试车台超声速射流噪声试验研究
8
作者 程奥 杨丹奇 +3 位作者 孔凡超 张家仙 金平 蔡国飙 《载人航天》 北大核心 2025年第1期25-33,共9页
为研究液体火箭发动机发射时产生的噪声分布特性,以某液体火箭发动机为原型设计了缩比发动机及配套试验系统,研究发动机室压、喷管扩张比、安装高度及倾斜度对液体火箭发动机喷管产生的超声速射流噪声特性影响。试验结果表明:发动机室... 为研究液体火箭发动机发射时产生的噪声分布特性,以某液体火箭发动机为原型设计了缩比发动机及配套试验系统,研究发动机室压、喷管扩张比、安装高度及倾斜度对液体火箭发动机喷管产生的超声速射流噪声特性影响。试验结果表明:发动机室压越大,噪声声压级越大,但对噪声指向性与噪声峰值频率影响不大;喷管扩张比对噪声声压级和指向性影响不大,但增大扩张比促使噪声峰值频率减小;安装高度与倾斜角对噪声声压级大小影响不大,但降低安装高度、倾斜喷管会导致噪声指向性偏转,以及噪声峰值频率的移动。试验获得了缩比液体火箭发动机喷管超声速射流噪声变化规律,结合缩比准则可以获得真实液体火箭发动机发射时产生的噪声频谱特性。研究可为液体火箭发动机地面试车或发射阶段噪声控制技术提供支持。 展开更多
关键词 液体火箭发动机 超声速射流噪声 发动机室压 喷管扩张比 安装条件
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增材制造液体火箭发动机涡轮泵组件研究进展
9
作者 易敏 沈志海 胡文轩 《火箭推进》 北大核心 2025年第3期198-211,共14页
增材制造技术作为一种通过逐层堆叠材料成型三维实体的先进制造工艺,为液体火箭发动机设计与制造的变革性发展提供了契机。涡轮泵组件作为液体火箭发动机的核心部件,采用增材制造不仅能降低制造成本、缩短研发周期,还能够实现液体动力... 增材制造技术作为一种通过逐层堆叠材料成型三维实体的先进制造工艺,为液体火箭发动机设计与制造的变革性发展提供了契机。涡轮泵组件作为液体火箭发动机的核心部件,采用增材制造不仅能降低制造成本、缩短研发周期,还能够实现液体动力的结构轻量化与集成化设计制造,形成液体动力的多材料一体化成型能力。总结了国内外涡轮泵组件常见的材料体系与制造工艺,分析了不同材料体系及制造工艺的优缺点及适用范围。具体综述了增材制造在液体火箭发动机涡轮泵的诱导轮、泵叶轮及涡轮盘三大关键组件的国内外研究与应用进展,典型案例包括:美国NASA采用增材制造研制了涡轮泵,研发周期缩短45%,并成功通过7次热试车验证;美国SpaceX公司利用增材制造实现了涡轮泵的结构轻量化与集成化设计;我国iSpace公司采用增材制造解决了涡轮盘因双级叶片间距过小或同层叶片密集排布导致的刀具干涉问题。最后,基于当前技术发展现状,展望了液体火箭发动机结构增材制造的未来发展方向。 展开更多
关键词 增材制造 液体火箭发动机 涡轮泵 诱导轮 泵叶轮 涡轮盘
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数智时代的液体火箭发动机结构失效与寿命评定:机遇与挑战
10
作者 霍世慧 刘钰 +3 位作者 范永升 谢彬 王振 张凭 《火箭推进》 北大核心 2025年第3期227-246,共20页
数智技术正在加速各领域的巨变与重塑,液体火箭发动机也迎来了前所未有的发展机遇。初步探讨了数智时代背景下液体火箭发动机结构失效与寿命评定的机遇与挑战,在梳理结构失效问题与共性研究的基础上,评述了机器学习方法在材料性能/寿命... 数智技术正在加速各领域的巨变与重塑,液体火箭发动机也迎来了前所未有的发展机遇。初步探讨了数智时代背景下液体火箭发动机结构失效与寿命评定的机遇与挑战,在梳理结构失效问题与共性研究的基础上,评述了机器学习方法在材料性能/寿命预测与设计、复杂载荷下材料本构建模和多场约束下复杂结构优化领域的研究思路和创新方法,展望了液体火箭发动机和机器学习的深度融合中值得重点关注的几个研究方向,并构想了液体火箭发动机全生命周期的数智化闭环评估体系,为下一代高可靠性、可重复使用、高性能液体火箭发动机的研制提供持续的技术驱动力。 展开更多
关键词 数智力学 液体火箭发动机 结构失效 寿命评定 本构模型 机器学习
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液体火箭发动机高频燃烧不稳定数值模拟基础模型
11
作者 洪春涛 陈钱 《火箭推进》 北大核心 2025年第1期17-33,共17页
液体火箭发动机高频燃烧不稳定问题是液体火箭发动机中重要的复杂问题之一,数值模拟在研究该问题时具有一定优势。液体火箭发动机高频燃烧不稳定数值模拟涉及较多基础模型,为了合理应用现有基础模型并进行进一步发展,从喷雾模型与蒸发... 液体火箭发动机高频燃烧不稳定问题是液体火箭发动机中重要的复杂问题之一,数值模拟在研究该问题时具有一定优势。液体火箭发动机高频燃烧不稳定数值模拟涉及较多基础模型,为了合理应用现有基础模型并进行进一步发展,从喷雾模型与蒸发模型、湍流模型与亚格子模型、燃烧模型、热物性模型这4个方面对其相关研究进行梳理。结果表明,离散相模型尽管能获得较好效果,但离实现液体火箭发动机高频燃烧不稳定全过程解析所需的喷雾模拟还有较大差距,后续研究中需通过在数值模拟中更好地融入流动不稳定性理论来准确模拟喷雾过程自身的非定常特性,通过离散相模型的气液双向耦合或VOF-DPM模型来准确模拟喷雾过程对扰动的响应。湍流建模中尽管经济性高的URANS方法在工程设计上有一定的价值,但LES方法能更准确地捕捉非线性压力振荡对非定常湍流的影响,后续研究中RANS/LES混合方法也应得到进一步的应用。EBU-Arrhenius模型能初步满足湍流-化学反应相互作用建模的要求,但燃烧细节的模拟不足;后续研究中可采用考虑详细化学反应动力学机理的燃烧模型,以更准确地捕捉非线性压力振荡对非定常燃烧释热的影响。目前大多研究都考虑了真实流体热物性,后续研究中还需探索适用于亚临界、跨临界和超临界等环境下所有流体状态的热物性统一处理方法。 展开更多
关键词 液体火箭发动机 高频燃烧不稳定 喷雾模型 湍流模型 亚格子模型 燃烧模型 热物性模型
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液体火箭发动机供给系统耦合燃烧不稳定性研究进展
12
作者 万玉 杨东 《火箭推进》 北大核心 2025年第1期78-92,共15页
供给系统耦合燃烧不稳定性是供给系统和燃烧室声学模态发生耦合并加强的结果,是几乎每种型号液体火箭发动机研制过程中都会遇到的最为棘手的问题之一。其所引起的剧烈振动和强化传热会损害敏感制导元件、影响有效载荷、熔化和毁坏火箭... 供给系统耦合燃烧不稳定性是供给系统和燃烧室声学模态发生耦合并加强的结果,是几乎每种型号液体火箭发动机研制过程中都会遇到的最为棘手的问题之一。其所引起的剧烈振动和强化传热会损害敏感制导元件、影响有效载荷、熔化和毁坏火箭发动机系统部件,甚至造成发射失败。对液体火箭发动机供给系统的主要特征、物理机制、研究方法、影响因素以及关键部件动态特性等相关内容的研究现状进行了归纳和梳理。重点关注其发生机制及供给系统关键部件(喷注器和涡轮泵)、关键结构参数和流动参数对系统不稳定性的影响规律。对已取得的研究成果和存在的问题进行了总结,为后续研究和工程治理提供参考。 展开更多
关键词 燃烧不稳定性 供给系统 液体火箭发动机 涡轮泵 空化动态特性
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缩尺液体火箭发动机不稳定燃烧模态转换非线性特征分析
13
作者 杨凯淇 姚亚东 +3 位作者 郭康康 仝毅恒 林伟 聂万胜 《推进技术》 北大核心 2025年第5期139-152,共14页
为研究液体火箭发动机不稳定燃烧非线性特征,探究不稳定燃烧模态转换过程,针对单喷嘴气氧和气甲烷缩尺火箭发动机开展了热试车试验,采用相空间重构、最大Lyapunov指数和递归图等非线性时间序列分析法对试验脉动压力信号进行分析。试验... 为研究液体火箭发动机不稳定燃烧非线性特征,探究不稳定燃烧模态转换过程,针对单喷嘴气氧和气甲烷缩尺火箭发动机开展了热试车试验,采用相空间重构、最大Lyapunov指数和递归图等非线性时间序列分析法对试验脉动压力信号进行分析。试验捕捉到中频不稳定燃烧向一阶纵向高频不稳定燃烧转变过程。脉动压力时间序列的相空间重构显示出明显的双峰现象。全时间序列最大Lyapunov指数表明不稳定燃烧从中频到高频的转换过程中有明显奇异点,热声极限环阶段的最大Lyapunov指数是整个时间序列中最小值。递归图与递归量化对比分析显示了不同不稳定燃烧阶段对角线特征的差异性。对热试车试验脉动压力信号的非线性动力学分析表明:随机压力峰是诱发缩尺发动机发生中频不稳定燃烧向一阶纵向高频不稳定燃烧转变现象的关键。系统发生一阶纵向高频燃烧不稳定与亚临界分岔有关,随机压力峰是触发亚临界分岔的诱因。 展开更多
关键词 液体火箭发动机 不稳定燃烧 非线性动力学 最大LYAPUNOV指数 递归分析
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液体火箭发动机燃烧不稳定研究:数据驱动方法
14
作者 关昱 安强 +1 位作者 徐冠宇 汪广旭 《火箭推进》 北大核心 2025年第1期34-49,共16页
燃烧不稳定依然是研发新一代液体火箭发动机亟待解决的关键问题。如何能够对其准确建模、早期预警和有效抑制,具有很高的理论研究和工程应用价值。近些年来,随着数据驱动方法在燃烧不稳定研究中的广泛应用,以往未被详细探究的复杂动力... 燃烧不稳定依然是研发新一代液体火箭发动机亟待解决的关键问题。如何能够对其准确建模、早期预警和有效抑制,具有很高的理论研究和工程应用价值。近些年来,随着数据驱动方法在燃烧不稳定研究中的广泛应用,以往未被详细探究的复杂动力学现象和未被识别发掘的模式及特征(如复杂网络的相关属性),均被有效地提取和解读。流动-声-燃烧这三者复杂的相互作用关系在由数据驱动方法搭建的特征空间中被重新梳理,并借此提炼出相应的燃烧不稳定预示因子,为系统的设计参数和实时控制提供有效信息,有效抑制甚至完全避免燃烧不稳定问题。此外,过去几年伴随着机器学习方法的快速发展和广泛应用,相关方法被用于燃烧不稳定的早期预警研究,取得了不错的成果。针对液体火箭发动机燃烧不稳定问题,归纳总结了近期基于数据驱动方法的燃烧不稳定预测研究,尤其关注动力系统理论、复杂网络和机器学习在燃烧不稳定研究中的相关应用进展。在未来,结合日益多元化和高精度测量手段所产生的海量数据,数据驱动方法将进一步发挥其潜在价值,帮助科研和工程技术人员更深入全面地认识和理解燃烧不稳定问题,助力新型液体火箭发动机的研发。 展开更多
关键词 燃烧不稳定 液体火箭发动机 数据驱动方法 非线性动力学 不稳定预示因子
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液体火箭发动机健康监控技术研究进展 被引量:5
15
作者 杨述明 谢昌霖 +1 位作者 程玉强 宋立军 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第1期28-45,共18页
液体火箭发动机健康监控技术作为保障运载火箭安全、可靠发射的核心关键技术,经过几十年的发展,有力推动了航天事业的进步。介绍了液体火箭发动机健康监控技术中故障检测与诊断、容错控制与健康监控系统研制等技术的研究现状与发展趋势... 液体火箭发动机健康监控技术作为保障运载火箭安全、可靠发射的核心关键技术,经过几十年的发展,有力推动了航天事业的进步。介绍了液体火箭发动机健康监控技术中故障检测与诊断、容错控制与健康监控系统研制等技术的研究现状与发展趋势;梳理了健康监控领域面临的重难点问题,并提出相应的解决方案。分析展望了液体火箭发动机健康监控技术未来发展趋势,为从事火箭发动机健康监控技术研究的科研人员提供参考。 展开更多
关键词 液体火箭发动机 健康监控技术 故障检测与诊断 容错控制 健康监控系统
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基于Hessian局部线性嵌入和MLP-Mixer的液体火箭发动机涡轮泵轻量化故障诊断框架 被引量:2
16
作者 窦唯 赵东方 +1 位作者 张宏利 刘树林 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期156-165,共10页
作为液体火箭发动机推进剂输送系统的关键部件,涡轮泵的运行状态直接影响着整个运载系统的性能,然而,现有的故障诊断方法往往面临特性参数选择片面及计算复杂度高等问题。针对上述局限,提出了面向涡轮泵的轻量化故障诊断框架。所提方法... 作为液体火箭发动机推进剂输送系统的关键部件,涡轮泵的运行状态直接影响着整个运载系统的性能,然而,现有的故障诊断方法往往面临特性参数选择片面及计算复杂度高等问题。针对上述局限,提出了面向涡轮泵的轻量化故障诊断框架。所提方法利用Hessian局部线性嵌入算法对信号时域、频域及时频特征进行降维,并引入一种轻量化的深度学习模型MLP-Mixer作为分类器,进而实现不同故障状态的辨识。采用某型号涡轮泵试车数据验证了所提方法的有效性,结果表明,该方法能够在保障诊断精度的同时有效降低计算复杂度,提高诊断效率。 展开更多
关键词 液体火箭发动机涡轮泵 故障诊断 Hessian局部线性嵌入 MLP-Mixer
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基于无迹卡尔曼滤波的液体火箭发动机故障诊断 被引量:1
17
作者 许亮 芦弘炜 +1 位作者 王闻浩 薛薇 《载人航天》 CSCD 北大核心 2024年第4期516-525,共10页
针对火箭发动机故障数据难以获取的问题,设计了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的液体火箭发动机故障诊断算法。采用MATLAB/Simulink平台搭建了液体火箭发动机故障仿真模型,实现发动机正常运行仿真和预燃室氧阀门故障、氧主泵汽蚀、氢主涡... 针对火箭发动机故障数据难以获取的问题,设计了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的液体火箭发动机故障诊断算法。采用MATLAB/Simulink平台搭建了液体火箭发动机故障仿真模型,实现发动机正常运行仿真和预燃室氧阀门故障、氧主泵汽蚀、氢主涡轮叶片脱落3种故障仿真。将正常运行仿真值与设计值、试车值进行了对比。结果表明:模型参数与设计值最大误差不超过5%,仿真精度较高;仿真参数变化趋势与试车值基本一致,且稳态值误差较小。使用UKF算法求取发动机正常运行阈值范围,并对故障序列进行滤波处理,若故障数据连续3次超出阈值区间,且在0.1 s内有至少2个涡轮泵发出报警,则判定故障发生,故障发生时间为第2个涡轮泵报警时间。使用设计算法对3种故障序列进行诊断,判定故障发生时间分别为20.08 s、20.05 s、20.18 s。相比于传统红线阈值算法,文中所设计算法响应更为及时,且误报率较低。 展开更多
关键词 故障诊断 液体火箭发动机 无迹卡尔曼滤波 故障仿真 红线阈值算法
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液体火箭发动机可重复使用性设计技术分析 被引量:4
18
作者 刘士杰 王东 +2 位作者 田原 马晓秋 郑大勇 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第1期67-77,共11页
为适应可重复使用液体火箭发动机设计研制的需要,以航天飞机、猎鹰9号火箭和X-37B的动力系统为对象,开展了可重复使用液体火箭发动机关键设计技术研究。文献调研与工程研制经验相结合,从运维体系建设、核心件功能设计、成本化设计与控... 为适应可重复使用液体火箭发动机设计研制的需要,以航天飞机、猎鹰9号火箭和X-37B的动力系统为对象,开展了可重复使用液体火箭发动机关键设计技术研究。文献调研与工程研制经验相结合,从运维体系建设、核心件功能设计、成本化设计与控制等方面,分析了发动机可重复使用性设计方法,提出了关键技术难题。研究结果表明:发动机的深度变推力技术、多次启动技术、喷管大角度调节技术,以及故障诊断与监测技术等,是火箭顺利回收的基本保障技术;液体火箭发动机有着显著的高、低温,强振动工况,极端环境材料性能数据建库技术、寿命设计与控制技术、全寿命周期运营体系设计技术等是迫切需要解决的关键技术难题;以发动机的性能、可靠性、维修性、安全性和保障性发展的发动机成本限额设计技术将会成为解决发动机可重复使用性的高新技术。 展开更多
关键词 液体火箭发动机 设计技术 重复使用性 全寿命周期 成本限额设计
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液体火箭发动机涡轮泵管式扩压器时序效应数值研究 被引量:1
19
作者 杨玉冰 毛凯 +3 位作者 卜学兵 丛红钏 孙中国 席光 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期185-195,共11页
为分析管式扩压器的时序效应对高速涡轮泵性能以及压力脉动的影响并阐明其影响机制,对某液体火箭发动机高速涡轮泵全流域进行三维定常和非定常数值计算,研究了管式扩压器时序效应对涡轮泵外特性的影响规律,采用熵产理论对涡轮泵内部的... 为分析管式扩压器的时序效应对高速涡轮泵性能以及压力脉动的影响并阐明其影响机制,对某液体火箭发动机高速涡轮泵全流域进行三维定常和非定常数值计算,研究了管式扩压器时序效应对涡轮泵外特性的影响规律,采用熵产理论对涡轮泵内部的能量损失进行分析,并通过压力脉动均方根方法对涡轮泵内的压力脉动进行评估。结果表明:随着管式扩压器叶片与蜗壳隔舌夹角的增大,涡轮泵效率和扬程整体趋势均为先升高后降低,两者的变化幅度分别为0.75%、1.68%,当管式扩压器叶片吸力面出口边与蜗壳隔舌的夹角为20.5°、25.5°时,涡轮泵具有较好的性能,其影响机制由蜗壳隔舌下方的扩压管出口附近涡流和能量损失变化决定。动静干涉效应是涡轮泵内压力脉动的主要原因,时序效应对涡轮泵出口和蜗壳隔舌附近压力脉动的变化幅度分别为37.7%、67.6%。蜗壳流道内压力脉动的最大值位于蜗壳隔舌下方扩压管出口区域,时序效应对压力脉动最大值的变化幅度为20.5%。研究结果可为液体火箭发动机涡轮泵性能和振动的优化提供一定的参考。 展开更多
关键词 液体火箭发动机 涡轮泵 管式扩压器 时序效应
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液压成形对液体火箭发动机多层增强S型波纹管结构疲劳寿命的影响 被引量:1
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作者 张涵 张东升 朱卫平 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第1期113-126,共14页
完善液体火箭发动机燃气摇摆装置中增强S型波纹管组件的疲劳寿命评估方法,提高其疲劳寿命预测精度,是发展可重复使用液体火箭发动机的重要课题之一。针对多层增强S型波纹管,为了计算其液压成形后的实际寿命数据,了解成形工艺对其疲劳寿... 完善液体火箭发动机燃气摇摆装置中增强S型波纹管组件的疲劳寿命评估方法,提高其疲劳寿命预测精度,是发展可重复使用液体火箭发动机的重要课题之一。针对多层增强S型波纹管,为了计算其液压成形后的实际寿命数据,了解成形工艺对其疲劳寿命的影响,提出一种充分考虑成形制备过程对结构不同区域几何构型和材料力学性能造成差异化影响后的波纹管疲劳寿命分析方法。该方法基于成形仿真和材料拉伸试验结果,构建实际波纹管有限元模型并进行三维仿真分析,得到其在高内压和不同摆动工况下结构危险点的循环载荷信息,并根据波纹管结构的低周疲劳失效特点采用子午向应力应变数据,以及经过平均应力应变修正的Manson-Coffin(M-C)公式对波纹管的循环寿命进行估算和对比分析。结果表明:波纹管疲劳寿命薄弱点位置和大小均与循环摆角有关;在预测计算中考虑液压成形作用影响更接近实际场景,所得结构疲劳寿命大小和所在区域均与理论模型值存在差异,在结构设计、优化和健康监测中不应忽视其影响。 展开更多
关键词 重复使用液体火箭发动机 增强S型波纹管 疲劳寿命 液压成形
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