题目：液体火箭发动机流量调节器数值仿真

流量调节器是现代液体火箭发动机控制调节系统的重要组成部分。随着当前液体火箭发动机功率和推力的不断增大，发动机研制过程中的试验成本就会大大增加。在这种情况下，开展流量调节器的数值仿真试验研究就显得尤为重要。本文以直接作用式流量调节器为研究对象，进行了流量调节器静、动态特性仿真研究。

通过对流量调节器的工作过程分析，给出了流量调节器的基本结构组成，确定了调节器最重要的功能元件-节流阀和滑阀，构建出由二十个基本元件组成的流量调节器功能结构关系，明确了流量调节器建模仿真研究过程中所需的基本元件间关系和进出口变化参数。

建立了流量调节器的静态和动态数学模型。为了评价调节器，利用调节器负载特性中流量相对于压降的变化率，负差率（对调节器来说是不希望的）就是流量随压降的增大而减小，其变化率为负值。负差率的产生是由于流体液动力的变化大于弹簧的弹力。对于流量调节器不同滑阀孔形面的研究表明，具有三角形滑阀孔形面的调节器是最好的，它能够避免负差率的出现。

利用实验设计方法中的回归模型，进行了数值实验设计，得到了结构因素对调节器工作的影响。结果表明，影响流量的结构因素按照大小顺序是：节流阀位移、滑阀直径、弹簧预紧力、弹性系数；而影响压降的结构因素按照大小顺序是：弹性系数、节流阀位移、滑阀直径、弹簧预紧力。通过建立调节器结构参数对静特性影响的关系，给出了流量关系的线性化模型，不考虑各因素的交互作用相对误差为7%，考虑各因素的交互作用会使精度提高到1.9%。而压降关系的线性模型，不考虑各因素的交互作用相对误差为11.7%，考虑各因素的交互作用会使精度提高到9.8%。

流量调节器过渡过程是一个非周期性的衰减过程。用龙格库塔法求解流量调节器非线性微分方程组，求解系统方程组能够确定调节器开始工作时的动态过程，本文研究的调节器用0.2秒过渡到稳定工况。在过渡特性方面，分析了调节器入口压力以阶跃信号、矩形信号和正弦信号扰动下，对调节器流量和滑阀位移的影响。结果表明，入口压力和节流阀开度的改变对调节器的动态特性有显著影响。入口压力变化2.5%，就会引起出口流量变化4%，滑阀位移变化0.5%。而弹簧刚度对于调节器的动态过程没有很明显的影响。

建立了相对于控制信号和干扰信号的传递函数，利用调节器线性微分方程，通过拉普拉斯变换，得到滑阀位移、调节器流量和控制信号间的传递函数，分析了相应的频率特性和结构参数的影响。根据得到的幅频、幅相频特性曲线，分析了调节器工作的稳定性。

针对本文所开展的流量调节器特性研究，开发了流量调节器的仿真软件。该软件是在Microsoft Visual Studio 2013环境下，借助Windows Forms系统C#语言实现的。通过人机对话窗口，能够设置调节器结构参数，得到所研究调节器的静、动态特性结果，为调节器在设计阶段的参数选择提供了有益的帮助。