低冰点双模式姿轨控推进系统建模与仿真研究

摘要

本文以挤压式液体火箭发动机和低冰点推进剂为研究对象,以工程研制为背景,对小型的双模式空间液体火箭发动机系统进行建模及其静态特性及动态特性的研究,对低冰点推进剂(DT-3/MON-25)在低温时温度对其性能影响的关系式进行了拟合,对低冰点推进剂在入口温度较低时以及不同工况时对火箭发动机的性能影响进行了仿真研究,并且根据仿真结果对推进系统在不同的推进剂温度环境下的各种性能进行了比较和分析。
　　首先,采用集中参数法,并针对实际系统中的双模式结构(包括两个双组元发动机和四个单组元发动机),建立了挤压式供应系统的液体火箭发动机的贮箱增压系统、液路和气路等各个系统的各个部件的静态及动态数学模型;根据氧化剂MON-25和燃料DT-3物理特性分别建立两种液体推进剂管道数学模型;分别建立姿轨控发动机燃烧室的分区模型和喷管的集中参数模型等。
　　然后,对低冰点推进剂(DT-3/MON-25)的理化性能进行了研究,给出了本文中用到的低冰点推进剂的各种理化性能参数,并对在低温条件下,温度对推进剂的各种性能的影响的关系式进行了拟合。
　　再次,利用质量守恒方程、化学平衡方程和能量守恒方程等对液体推进剂空间推进系统推力室进行热力计算,为低冰点双模式姿轨控推进系统的仿真做好准备。
　　最后,本文以MATLAB软件作为设计平台,将已建立好的发动机各部件的非线性数学模型,使用SIMULINK工具建立各组件的子模块,将发动机各组件子模块按实际工程图连接,采用四阶龙格-库塔方法进行仿真。对低冰点推进剂(DT-3/MON-25)在入口温度较低时以及不同工况时对推进系统及发动机参数的影响(包括对气瓶出口压强、贮箱上游压力和减压阀出口压强和流量等参数的影响)进行了研究,获得了系统内在的变化规律,以及各种工况下发动机的各参数值。
　　本文的研究结果具有一定的理论价值和工程价值,对同类液体火箭发动机的研制与改进具有一定的工程指导意义。

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主要符号对照表

第1章 绪论

1.1 研究意义与背景

1.2 国内外研究工作的回顾及现状

1.3 论文的主要研究内容和工作

第2章 低冰点双模式姿轨控推进系统数学模型

2.1 空间推进系统起动过程

2.2 空间推进系统部件模块化

2.3 空间推进系统贮箱增压系统数学模型

2.4 空间推进系统液路数学模型

2.5 空间推进系统气路数学模型

2.6 本章小结

第3章 低冰点推进剂的性能研究

3.1 MON-X的理化性能

3.2 MON-25的理化性能

3.3 DT-3的理化性能

3.4 本章小结

第4章 液体推进剂空间推进系统推力室热力计算

4.1 引言

4.2 建立热力计算方程组

4.3 热力计算及结果

4.4 本章小结

第5章 液体推进剂空间推进系统工作特性仿真及分析

5.1 仿真流程及仿真参数

5.2 额定工况仿真结果和分析

5.3 最小工况仿真结果及分析

5.4 贮箱膜片压差正偏差仿真结果及分析

5.5 贮箱膜片压差负偏差仿真结果及分析

5.6 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 本文主要成果

6.2 进一步的工作和建议

参考文献

致谢

附录：攻读学位期间发表的论文