姿控动力系统动态特性仿真及试验

doi:10.7527/S1000-6893.2025.32329

第二届空天前沿大会/第二十七届中国科协年会优秀论文

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姿控动力系统动态特性仿真及试验

张方¹^,², 向伟彬¹, 肖凯¹, 肖思齐¹, 项亮¹, 王兵²()

^1.湖北航天技术研究院总体设计所航天动力先进技术湖北省重点实验室，武汉 430040
^2.清华大学航天航空学院，北京 100084

收稿日期:2025-04-12 修回日期:2025-04-28 接受日期:2025-05-30 出版日期:2025-06-17 发布日期:2025-06-16
通讯作者: 王兵 E-mail:wbing@tsinghua.edu.cn
基金资助:
省部级项目

Simulation and experiment of attitude control propulsion system’s dynamic characteristics

Fang ZHANG¹^,², Weibin XIANG¹, Kai XIAO¹, Siqi XIAO¹, Liang XIANG¹, Bing WANG²()

^1.Hubei Key Laboratory of Advanced Aerospace Propulsion Technology，System Design Institute，Hubei Aerospace Technology Academy，Wuhan 430040，China
^2.School of Aerospace Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China

Received:2025-04-12 Revised:2025-04-28 Accepted:2025-05-30 Online:2025-06-17 Published:2025-06-16
Contact: Bing WANG E-mail:wbing@tsinghua.edu.cn
Supported by:
Ministerial Level Project

摘要/Abstract

摘要：

基于AMESim软件建立了姿控动力系统动态特性仿真模型，用于研究姿控动力系统的水击压力特性，以及水击压力脉动对发动机性能参数的影响。在仿真模型中加载姿控动力系统的地面试车时序，将仿真结果与实测试验数据进行对比，表明该模型具有良好的预示精度。研究结果表明，双组元发动机点火/关机过程中产生的水击压力波，会在短时间内严重影响系统中其他分机的正常工作，尤其是大推力发动机关机时产生的水击压力波影响显著。氧化剂管路水击压力峰值明显高于燃料管路，可以通过缩短推进剂供应管路长度、增大管路通径等措施降低水击危害。

关键词: 姿控动力系统, AMESim, 动态特性, 水击, 发动机

Abstract:

This study develops a dynamic characteristic simulation model of the Attitude Control Propulsion System （ACPS） based on AMESim software， aiming to investigate the hydraulic pressure characteristics of the ACPS and the effects of water hammer pressure pulsations on engine performance parameters. The ground test sequence of the propulsion system is implemented in the simulation model， and the comparative analysis between simulation results and experimental test data demonstrates that this model exhibits satisfactory predictive accuracy. The research findings reveal that water hammer pressure waves generated during ignition/shutdown processes of bipropellant liquid rocket engine， particularly during high-thrust engine shutdown， can significantly disrupt the normal operation of other subsystems within short durations. Notably， the oxidizer pipelines exhibit significantly higher water hammer pressure peaks compared to the fuel pipelines. The potential hazards induced by water hammer effects can be effectively mitigated by implementing measures such as shortening the length of the propellant feed line and increasing the pipeline diameter.

Key words: attitude control propulsion system, AMESim, dynamic characteristic, water hammer, engine

中图分类号:

V434.1

张方, 向伟彬, 肖凯, 肖思齐, 项亮, 王兵. 姿控动力系统动态特性仿真及试验[J]. 航空学报, 2025, 46(S1): 732329.

Fang ZHANG, Weibin XIANG, Kai XIAO, Siqi XIAO, Liang XIANG, Bing WANG. Simulation and experiment of attitude control propulsion system’s dynamic characteristics[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(S1): 732329.

图/表 11

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参考文献 23

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