超燃冲压发动机Ma＝4燃烧、不起动过渡过程模拟试验(内流场观察)

为了增加推力，对超燃冲压发动机在RJTF试验台进行的Ma=4燃烧试验。用1／5缩尺模型进行内流场的模拟试验，从而研究进气道、隔离段及燃烧室、尾喷管内通道的流动特性，对发动机从弱燃烧到强燃烧及到不起动过程中的附面层分离的形成和发展做进一步的了解，以寻找改进内流动，提高发动机推力的有效方法。内流场的模拟试验采用尾部节流堵塞改变燃烧室压力的方式进行，尽管这种方法是简单有效的，但模拟马赫数范围受到限制，真正模拟到燃烧试验中的内流场情况，还有待进一步做工作。     

冲压增程炮弹发动机工作性能分析

简述了冲压增程炮弹的增程原理，建立了固体燃料冲压发动机内流场的流动及燃烧模型；对60mm实验发动机内流场进行了数值模拟．并通过与国外实验数据的比较，证实了该模型正确；通过数值模拟结果分析人口空气状态对发动机推力和比冲性能的影响，所得结论对冲压增程炮弹的设计具有较强的理论指导意义。     

宽高比对超燃冲压发动机尾喷管的性能影响研究

三维后体尾喷管是超燃冲压发动机产生推力的关键部件。文中在优化设计后的二维后体尾喷管基础上,采用计算流体力学软件Fluent,对不同宽高比的三维尾喷管内流场进行了数值模拟,研究了宽高比对超燃冲压发动机尾喷管性能的影响。结果表明:随着宽高比的增大,尾喷管的轴向推力系数、推力矢量角都有比较明显的增大,综合考虑,建议设计喷管时选择宽高比H≤5。     

喉栓式固体火箭发动机喷管性能影响研究

对喉栓式固体火箭发动机内流场进行了稳态数值模拟,分析了喉栓头部型面、喉栓尺寸、喉栓位置对发动机性能的影响规律,结果表明发动机效率受喉栓头部型面、尺寸、位置等因素影响显著,所提供的结论可为喉栓式变推力固体火箭发动机的设计、试验及应用提供参考依据.     

一种自适应喷管面积调节机构

通过调节喷管喉部面积,可使单室双推力固体火箭发动机在较小的压强比下,产生更大的推力比,提升固体火箭发动机的综合性能。文中介绍了一种单室双推力固体火箭发动机喷管喉道面积调节机构,可利用火箭发动机自身燃气压强形成压强差驱动调节机构,完成喷管喉部面积的调节。文中详细论述了机构的工作原理,通过工作过程仿真和模拟试验验证了其工作机理的可行性,喷管有结构简单、易于实现的优点。     

某助推器环形喷管效率分析

采用基于雷诺平均的二维Naiver-Stokes方程和标准κ-ε湍流模型的有限体积法,对某助推器环形喷管内流场进行了数值仿真计算,分析了中心体角度和长度对喷管效率的影响。结果表明,增大中心体角度可有效增加发动机推力系数,提高喷管效率;随着中心体长度的增加,发动机推力系数呈上升趋势,但有一定的波动,波动程度与中心体角度有关。所得结论可为环形喷管的设计提供参考。     

固体火箭超燃冲压发动机燃烧特性分析

文中利用数值模拟研究了不同来流条件下固体火箭超燃冲压发动机的燃烧特性.采用基于密度的二阶迎风格式对发动机内流场进行模拟,湍流模型与燃烧模型分别采用SST k-ω模型与涡团耗散模型.结果表明,随来流马赫数的增大,火焰温度与最大化学反应速率均增大;燃烧效率随来流马赫数的增大而减小,且燃烧效率低于50％;燃烧效率的减小导致补燃室的推力与比冲下降.随来流马赫数的变化,应适当调节富燃燃气流量,以保证发动机的燃烧性能.     

含装药裂纹固体火箭发动机点火过程内流场数值模拟

基于裂纹流场与发动机内流场的耦合作用机理,利用裂纹出口流场参数来计算裂纹向燃烧室流场喷射质量流率的方法,对含装药裂纹固体火箭发动机点火过程的内流场进行了数值模拟,得到了内流场的分布情况,通过分析计算结果,总结出不同位置、不同几何尺寸的裂纹对发动机内流场的影响规律.     

具有摆动喷管发动机三维内流场数值分析

分析了喷管摆动对发动机内流场的影响,针对喷管摆动情况下的流场特点,采用动网格技术及用户自定义( UDF)编程,实现与喷管摆动相对应计算区域的实时变化,并对具有摆动喷管的发动机三维内流场进行了数值模拟,得到了发动机内流场的详细情况.     

基于水平集函数的固体火箭发动机瞬态内流场模拟方法研究

针对固体火箭发动机装药燃面退移下的瞬态内流场模拟方法进行研究,采用水平集方法捕获发动机工作过程中的装药燃面,多孔介质模型约束装药区域的流动特性,建立了一种可以准确模拟发动机内流场瞬态流动的水平集和多孔介质耦合方法（LSPM）。采用该方法对有壁面退移的圆管通道流动问题进行了计算,对短内燃管形装药和复杂翼柱形装药发动机进行了模拟。研究结果表明：LSPM计算结果与动网格方法吻合较好,可以较好地处理有界面退移的加质流动问题;LSPM压力和燃面的计算结果与零维内弹道结果基本一致,可以准确计算装药燃面退移下的发动机瞬态内流场。     

一种可变喉面喷管设计方案

喷管是火箭发动机的重要部件之一,它使燃气加速产生推力。可变喉面喷管是一种特殊喷管,可以改变喷管喉部面积,从而改变推力大小,改善发动机的性能。本文提出了一种可变喉面喷管设计方案,进行了性能仿真计算,结果表明,设计的可变喉面喷管能够满足设计要求。     

发动机推力室燃烧及传热耦合仿真

为了研究推力室工作时内部物理场特点,以某推力室试验件为研究对象,采用独立计算,边界耦合的仿真思想,对推力室的燃烧和传热过程进行仿真,当相邻两次温度误差在1%之内时认为仿真收敛。分析发现推力室壁面在喉部达到最高温度;由于流动通道中冷却剂的流量不同,推力室壁面周向温度分布不均匀;受流动通道横截面积的影响,冷却剂的流速变化剧烈。     

高速旋转固体火箭发动机的动态燃速特性研究

通过对试验数据的分析和处理研究了高速旋转对发动机最大推力、最大压强的影响,以及在高速旋转条件下喷管等效喉部面积的减小规律,运用零维内弹道计算模型拟合出了动态燃速随装药燃面相对半径和转速变化的经验公式.计算结果表明,高转速下等效喉部面积大幅度减小,动态燃速经验公式能够定性反映高速旋转引起的推进剂燃速增大效应.     

带有辅助注气的喷管喉道面积控制方法研究

利用数值模拟方法,针对轴对称喷管,研究了主射流对辅助射流的影响,以及主射流流量、辅助注气缝宽度等参数对喷管流动和性能的影响规律。数值模拟结果表明,与普通喉道注气相比,喉道辅助注气可以在喉道下游产生更大的射流穿透深度和回流区,具有更好的喉道面积控制效果。随着主射流流量增大,喉道辅助注气流量逐渐增大,有效喉道面积逐渐减小。主射流流量较大时,可以形成开放的回流区,使喷管实际的膨胀比减小,提高喷管的推力性能。     

铝粉含量对火箭发动机推力影响研究

建立了固体火箭发动机喷管的气固两相流计算模型,对不同铝粉含量的复合固体推进剂的燃气在喷管中的两相流动进行了数值模拟。研究了推进剂中铝粉含量对发动机推力性能的影响规律;通过对速度场和压力场分析并结合推力基本计算公式得出发动机推力变化趋势,结果表明：在其他成分不变的情况下,随着单位质量复合推进剂中铝粉含量的增加,燃气流动速度降低、压力升高,火箭发动机的推力呈现先增大后减小的变化趋势。     

利用嵌金属丝药柱调节固体火箭发动机推力的计算研究

提出一种组合应用嵌金属丝药柱和引入负热流的方法实现火箭发动机推力调节的技术方案,即通过在金属丝暴露在燃气部分加入负热流改变沿金属丝燃速来改变发动机工作压力,实现对推力的调节。可行性研究的初步计算结果表明,该方案能够在一定范围内实现对火箭发动机工作特性的调节,推力大小随负热流密度的增加而减小;从加入负热流密度到推力重新稳定有一段滞后时间,滞后时间随负热流密度的增加而上升。方案的优点是控制系统结构简单,控制箱不需工作在高温条件下。     

一种基于微推偏技术的斜切喷管设计方法

对某锥形斜切喷管扩张段在喉部流线偏离喷管轴线情况下的流场进行了三维数值模拟,得到喷管侧向力曲线。提出将斜切喷管出口设计在侧向力零点附近,以减小上游非平衡扰动带来的推力偏心震荡。仿真结果表明,该方案是有效的。针对实际工程问题中结构的局限性,提出减小预置推力偏心震荡的可操作性建议。     

爆气二次喷射推力矢量控制系统关闭过程非定常效应研究

采用数值模拟方法对燃气二次喷射推力矢量控制系统关闭过程中非定常效应进行研究。给出了主／次流瞬态干扰流场结构逐渐弱化消失的流场细节特性,分析了流动参数和发动机内弹道性能的动态变化过程。研究表明：燃气引流孔和燃气二次喷射孔附近压强振荡强烈,非定常过程产生的动载荷将引起飞行器结构振动;喷流干扰力的残余影响明显,随时间变化减小较慢,必须考虑非定常延迟效应对控制效果的影响。     

潜航飞行体深水超音速气体射流的流动稳定性研究

深水固体火箭推进系统的可靠性和稳定性决定了整个潜航飞行体的弹道精度和飞行稳定性,其工作过程为典型的水下超音速气体射流流动过程。通过建立二维平面垂直射流几何模型,采用分离涡湍流模型仿真分析了深水条件下超音速气体射流的形貌拟序特征以及流场参数的不稳定振荡特性,对水下推进系统推力振荡现象产生的基本流动机理进行了分析。结果表明：水下超音速气体射流尾流存在高频小幅振荡,同时伴随间歇大幅振荡,这种现象与气体和水湍流混合以及中心气路激波系的不稳定运动有关;中心气路激波系的不稳定运动以及失稳重建过程会导致尾部空间压强的剧烈振荡,最终造成推力的不稳定振荡。通过对推力振荡特性的分析发现：水深越深,推力振荡幅值越大、振荡频率越高;喷管出口壁面直径越大,推力振荡幅值越大、振荡频率越高。     

利用整流罩抛离信息的火箭二级飞行参数辨识

运载火箭二级飞行段主机推力、游机推力、综合比冲、质量流量、火箭二级飞行初始质量参数间存在交联关系,不能同时进行辨识.采用四步骤辨识方法,以整流罩抛离激励时刻为分界点分别使用输出误差法,利用抛罩产生的火箭质量突变信息求解出推进剂质量流量,进而得到其它参数.仿真结果验证了方法的有效性.