● 摘要
运载火箭增压系统是运载火箭推进系统的重要组成部分。常温氦气增压是液体火箭发动机推进剂贮箱增压的重要手段之一。增压系统的正常工作保证了推进剂的稳定供应以及发动机的正常运行。但是在高压氦气高速瞬变填充管路的过程中，由于高压高速氦气的非定常流动，极易产生压力的不稳定，作用在管道上，引发管道和各种管路元件的巨大振动，从而对系统产生极强的破坏作用，使增压不能达到预期效果，甚至导致增压系统失效。因此对运载火箭增压气路系统瞬变填充过程的研究具有非常重要的意义。本论文针对运载火箭一个典型增压气路系统，从适用于连续介质的拉格朗日变量的连续方程、动量方程和能量方程出发，建立了描述管道可压缩气体瞬变流动的一维拉格朗日变量非定常气体动力学方程组。对气路系统中的其它组件（包括气瓶、减压器、三通和孔板），分别建立了描述其动态过程的欧拉变量的动力学模型。将气路系统中的气瓶、减压器和孔板等组件抽象成管道中位置坐标固定的点，加入管道系统的模型中，建立起一个完整的典型增压气路系统的动态数学模型。针对本论文建立的数学模型，对管路系统划分拉格朗日质量网格，采用完全守恒型的差分格式对描述管道气体流动的一维拉格朗日变量的气体动力学方程组进行数值求解，差分格式的气体动力学方程组采用牛顿迭代法和追赶法进行求解；将数值求解常微分方程的经典龙格－库塔方法用于系统其它组件模型动力学方程的求解中，建立了求解系统数学模型的数值计算方法。利用本论文建立的气路系统数学模型和数值求解方法，采用FORTRAN计算机语言编制了数值计算程序，对典型增压气路系统气体填充管路的非定常瞬态流动过程进行了数值计算。计算结果表明，本论文建立的数学模型及数值计算方法较好地描述了增压气路系统的瞬变填充过程，为分析运载火箭增压气路系中的管道和减压器等组件的动态特性提供了重要的理论参考。为解决运载火箭增压气路系统中出现的管路振动问题，为后续研制过程中解决类似问题打下了基础。