液氧煤油发动机稳态故障仿真分析

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1、第38卷第2期火箭推进V0l-38．No．22012年4月JOURNALOFROCKETPROPULSIONApr．2012液氧煤油发动机稳态故障仿真分析党锋刚，马红宇，李春红，宋春(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：根据液氧煤油补燃循环发动机的特点，建立了稳态工作过程故障仿真数学模型，并针对比较典型的几种故障模式，进行了仿真计算与效应分析，最后进行了故障参数特征的初步提取。结果表明，选定的l0个缓变热力参数，可对泄漏、堵塞及涡轮泵等典型故障模式进行有效识别和分离。关键词：补燃循环；稳态故障；仿真计算；特征提取中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：

2、1672—9374f2012102—0027—05Steady—statefaultsimulationandeffectanalysisofLOX／kerosenerocketengineDANGFeng-gang，MAHong—yu，LIChun—hong，SONGChun(Xi’anAerospacePropulsionInstitute，Xi’an710100，China)Abstract：Thesimulationmathematicalmodeloffaultoccurringinthesteady-stateworkingpro—cessiSbuiltands

3、imulationsoftwareiSdesignedaccordingtothecharacteristicsofLOX／l(erosenestagedcombustioncycledrocketengine．Severaltypicalfailuremodesaresimulativelycalculated．Theefectofthefaultisanalyzedandcharacteristicsofthefaultmodesareextracted．Tenslowvari．ablethermalparameterswereselectedonthebasisoft

4、heanaysisresulttoidentifythefautmodesofleakageandjamminginthefuelpipeofengine．Keywords：stagedcombustioncycle；steady-statefault；simulationcalculation；characteristicex—traction及工作压力均高出很多，系统结构复杂，组件工0引言作环境恶劣，发动机结构和部件均工作在高热流、大振动、强冲击的条件下，大部分组件还工液氧煤油发动机采用富氧补燃循环方式llI，作在高富氧环境下，一旦发生故障，危害性极相比常规推进剂开式循

5、环发动机，其推力、流量大。因此，开展液氧煤油发动机的故障检测和诊收稿日期：2012—02—23；修回日期：2012—03—17基金项目：国家高技术项目(2008AA705040)作者简介：党锋刚(1978一)，男，工程师，研究领域为液体火箭发动机系统设计28火箭推进2012年4月断技术研究非常重要，故障仿真技术作为其中的包含了上百个代数方程，其故障的仿真通过在稳一项关键技术，可为检测参数选取、特征量提取态特性模型中嵌入故障特性方程来实现。及故障定位等提供重要的依据。典型的故障特性方程按照如下方法建立。国内以往对开式循环发动机[卅和姿控发动1．2．1泄漏故障机阿故障仿真工作开

6、展的较多，针对液氧煤油发动发动机稳态工作无故障时，组件人口、出口机，开展了初步的地面故障监控系统研究_6_，但流量为一定值，当出现推进剂或燃气泄漏故障尚未系统地开展故障仿真研究。本文以液氧煤油时，需在稳态模型中补充一个新的流量方程：发动机为研究对象，建立其稳态故障数学模型，编制了仿真计算软件，设置可调整的故障影响因式中：i为入口流量；。为泄漏流量，m’。为出子，既可用于正常工况下评定性能参数随干扰因素的随机变化，进行发动机静态特性仿真，又可口流量。用于在故障状态下发动机性能参数衰减退化的计1．2．2堵塞故障算，进行发动机稳态故障效应的仿真。发动机气、液管路及各种过滤网、喷嘴

7、堵塞，对应其通道截面积减小，压降增加，可通过1发动机数学模型增大流阻系数来模拟，方程如下：=c·1．1发动机系统式中：c为大于1的常数。补燃循环是液体火箭发动机最先进的动力循1．2．3阀门故障环方式之一，其中富氧补燃循环发动机的系统简阀门工作异常主要表现为阀门打开不到位或图如图1所示，包括推力室、燃气发生器(又称打不开，对应其流通截面积减小，压降增加，可预燃室)、涡轮、氧化剂泵、燃料泵(包括一级通过增大流阻系数来模拟。但阀门流阻系数与阀泵和二级泵)、推力室燃料阀、预燃室燃料阀和门打开角度为非线性关系，需通过指数函数