基于AMESim的姿控发动机推进剂供应管路优化设计

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1、2016年第3期导弹与航天运载技术No．32016文童编号：1004．7182(2016)03—0009-04DOh10．76540．issn．1004—7182。20160303基于AMESim的姿控发动机推进剂供应管路优化设计何康康，娄振(北京航天动力研究所，北京，100076)摘要：根据模块化思想，建立了液体姿控火箭发动机推进剂供应管路的AMESim模型，仿真计算了推进剂供应管路优化前后姿控发动机工作时的水击压力。仿真结果表明：在推进剂供应管路上增加的体积容腔能够有效降低管路中的水击压力。通过仿真水击数据匆热试车数据对比表明，仿真模型较好地描述了管路水击过程，能对后续液体

2、姿控火箭发动机管路结构优化设计提供借鉴意义。关键词：姿控发动机；水击；优化设计；AMESim仿真中图分类号：V434．34文献标识码：AOptimalDesignofPropellantFeedlinesofAttitudeControlEngineBasedonAMESireHeKang-kang，LouZhen(BeijingAerospacePropulsionInstitute，Beijing，100076)Abstract：TheAMESimmodelofpropellantfeedlinesinliquidrocketattitudecontrolenginewas

3、builtaccordingtomodularmodelingidea，andthewaterhammerpressureofthefeedlinesbeforeandafteroptimizationwassimulated．Thesimulationresultsshowedthatwaterhammerpressurewasreducedbyincreasingvolumeofthefeedlines．ThecomparisonbetweenwaterhammerandhotfLringtestshowedthatprocessofwaterhammercouldbera

4、tionallydescribed．Thesimulationcouldofferassistanttoconfigurationdesignofliquidrocketattitudecontrolengine．Keywords：Attitudecontrolengine；Waterhammer；Optimaldesign；AMESimsimulation．O引言姿轨控液体火箭发动机已广泛应用于航天飞机、卫星、飞船等飞行器中，其主要功能是轨道控制、姿态控制、航天器的对接和交会。快响应液体火箭发动机短脉冲工作启动和关机的瞬间，流量和压力产生扰动脉冲波，不可避免地在管路中形成水击

5、现象，并在管路中传播、反射，产生持续的流量振荡}lJ。多年的飞行经验表明，推进剂系统初始充填、发动机开关机过程中的水击现象是造成密封失效和推进剂泄漏的重要原副1l。为保证姿轨控火箭发动机系统安全、可靠和高质量的工作，需要尽可能地降低水击强度，减少发动机工作时的相互影响，提高发动机系统结构的可靠性。目前，关于飞行器推进剂充填过程、发动机启动关机过程的水击特性理论仿真分析和实验研究较多【2硎。抑制推进剂输送管路的水击方法有：a)增加管路直径，降低管路内液体流速：b)延长阀门关闭时间，以避免直接水击或降低间接水击；c)缩短管路长度，通过减少水击压力的传播时间来减少水击压力；d)通过管

6、路上增加节流孔抑制水击；e)利用弯管削弱充填过程的水击压力和流量振荡；f)管路上设置调压器，通过增加管内流体的可压缩性来降低水击压力。本文针对某飞行器姿控发动机推进剂输送管路，在前述研究抑制水击方法的基础上，根据飞行器内具体空间位置要求，对姿控发动机推进剂输送管路进行结构优化设计，利用AMESim对优化后的管路进行仿真分析，并与实际地面热试车进行数据对比，验证模型的可信度，为后续动力系统推进剂供应管路的结构设计提供参考。l水击原理及理论模型本理论模型采用能反映水击过渡历程的能量法‘71，收稿日期：2015．03．19；修回日期：2015—04．09作者简介：何康康(1983一)

7、，男．工程师。主要研究方向为姿轨控发动机总体设计lo导弹与航天运载技术2016年阀门、管道系统的水击过程可用如图l所示的能量法物理模型来描述。12图1阀前水击过程物理模型管道中的流体质量公式为m=Alp(1)式中研为管道中流体的质量；4为通道面积；，为管道长度；p为流体密度。K表示模型中液压弹簧刚性系数，可由管道和流体系统的等效弹性模量表示：K=爿厦行／l(2)式中爿为通道面积；，为管道长度；厦ff为管道、流体系统的有效弹性模量。由图1可知，当质量m的流体从截面1运动到截面2时突然停止，模拟