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.     

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.     

一种摆动喷管的流场和传热特性研究

针对某球窝式摆动喷管,采用两方程k-ε湍流模型,在摆动角度为0°和6°的情况下,对喷管内部流场进行三维数值计算;根据计算的流场,对喷管进行了传热数值模拟.分析了两种不同摆角对喷管内流场和热防护层的传热性能产生的影响.研究结果表明,该型喷管在小范围摆动时,喷管内流场变化较小,喷管入口处的流场发生偏转;喷管外壁面温度变化趋势基本保持一致,内壁面温度存在差异,喷管的热防护性能满足发动机的工作需求.     

某姿轨控动力装置内流场研究

装备姿轨控发动机的空空导弹能大幅提高对目标拦截的范围,实现提前拦截、防区外拦截。文中基于多喷管单室固体发动机方案,研究内弹道工作特性,采用数值模拟的方法研究内流参数分布规律,通过详细内流场仿真,发现动力装置均能正常工作,内部流场通畅,气动参数基本呈均匀分布,但多喷管之间存在一定程度的相互影响和干扰。通过试验验证该动力装置的工作特性。     

脉冲爆震发动机内轴对称压力场研究

为了研究脉冲爆震发动机内压力波系的特点,推导了二维时空守恒元与求解元(CE/SE)方法,将该方法用于无喷管和带收敛扩张喷管2种脉冲爆震发动机内流场的计算中.计算结果表明,脉冲爆震发动机由于爆震波的存在使其内压力出现强问断;带收敛扩张喷管的脉冲爆震发动机由于喷管的存在,发动机内压力场由爆震波及其后产生的一系列反射压缩渡和膨胀波相互作用、相互叠加而成.计算结果对脉冲爆震发动机的机理及流场特性研究具有重要的参考价值.     

固体火箭发动机羽烟流场的数值模拟

在抛物化假定基础上，从固体火箭发动机无烟、少焰研究需要出发出发，对喷管的内、外流场进行了数值模拟，考虑了化学平衡流和气／固两相流两种状态。在喷管内流场的计算中，用系数矩阵分裂方法对流场进行数值模拟。不论是内流场，还是喷流流场，燃烧产物的平衡组分都用布林克莱法进行求解，粒子运动参数都用特征线法进行求解。其中部分计算结果同实验及他人计算结果进行了对比，两者吻合良好。     

柔性喷管SRM三维两相内流场数值模拟

针对柔性喷管固体火箭发动机的复杂多相流数值计算问题,基于Euler-Lagrange方法,应用k-ωSST湍流模型和颗粒轨道模型,建立了气固两相三维内流场计算模型。分析了发动机内部压强和温度场、燃气和粒子速度场、固相粒子沉积浓度和颗粒运动轨迹;重点分析了喷管无摆动和摆动5°状态下的发动机内流场变化特性。研究表明:2种工况下的燃烧室平均压强、温度场及喷管出口速度变化幅度较小,但对喷管柔性连接缝内的流场速度影响较大,固相粒子最大沉积率产生于发动机后封头的绝热层内壁;喷管无摆动时,柔性连接缝内的粒子沉积率较低,随着喷管摆动幅度增加,粒子沉积浓度大幅度升高。     

多喷管斜切式火箭发动机流场与轴向推力研究

为研究多喷管斜切式火箭发动机喷管工作特点,采用有限体积法雷诺平均N-S方程,对其流场进行了三维数值模拟;并对发动机轴向推力进行了计算,将理论计算曲线与试验曲线进行了分析对比.结果表明:斜切式多喷管基本喷管段流场参数变化趋势与普通喷管基本一致,斜切喷管出口处的参数分布呈现三维偏心现象;轴向推力理论计算结果略偏大,计算曲线与试验曲线吻合较好.数值模拟结果能正确反应喷管内流动特点.     

固体火箭发动机长尾喷管三维两相流动数值模拟

运用颗粒轨道模型对固体火箭发动机长尾喷管内流场两相流进行了数值模拟,通过与纯气相流场的对比研究了粒子相对喷管流场的影响规律,分析了1～100μm不同直径颗粒的运动特性及分布特征。结果表明,颗粒相的加入对长尾喷管内流场带来很大影响,颗粒相的运动轨迹与颗粒直径密切相关,颗粒分布和颗粒沉积特性与颗粒运动轨迹具有内在联系,为两相流条件下长尾喷管的热防护试验研究提供了一定依据。     

固体火箭发动机喷管分离流动及其数值模拟

大面积比喷管在火箭发动机工作过程中可能产生流动分离的问题,为研究喷管流动分离对喷管性能的影响,利用计算流体力学软件CFX对某固体火箭发动机大面积比喷管内燃气分离流动进行数值模拟。计算出啧管在几种不同入口总压情况下的流场参数分布,显示分离流动会改变燃气内流场流动参数分布,进而会对喷管推力稳定性和热防护性产生不利影响。该研究能为进一步研究大面积比喷管设计提供参考。     

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.     

动态网格在固体火箭发动机内流场计算中的应用研究

固体火箭发动机在工作过程中内流场结构随燃面的减退不断发生变化，利用通常的稳态网格难以对该问题进行准确模拟。针对此问题，首先介绍了实现动态网格的基本方法，然后采用动态层方法生成动态网格对某固体火箭发动机内流场进行了计算。计算结果与实验数据的对比说明使用动态网格方法计算的准确性和可行性，与准稳态方法计算结果的比较说明在时间步长较大以及流场参数变化剧烈的情况下，动态网格方法更适用于火箭发动机内流场的计算。     

斜切喷管火箭发动机燃气射流流场特性研究

为了研究斜切喷管发动机的燃气射流流场特性,采用有限体积法数值求解非定常可压缩N-S方程,对不同喷管角度、不同海拔高度以及不同燃气温度条件下的发动机斜切喷管燃气射流流场特性进行数值模拟研究。结果表明:由于斜切喷管不对称外伸壁面的存在,导致喷管燃气射流流场不再对称; 喷管壁面不对称程度越大,则喷管燃气射流偏转与扩张角度越大; 随着海拔高度的增加,燃气流场核心区域与燃气射流的影响范围、以及射流偏转角度不断增大,但射流核心区域的波节数将不断减小; 此外,燃气温度变化,对喷管流场压强分布影响较小,但对流场速度值影响较大; 燃气温度越高,则喷管出口排气速度越大,致使喷管射流流场的燃气动能越大。     

串联式底排火箭复合增程的推力损失研究

利用分区技术，从二维轴对称Euler方程出发，应用有限体积TVD格式，数值模拟了火箭喷管出口截面处于底排装置空腔中不同位置时的燃气流场，并进行了推力损失研究，结果表明，在底排装置空腔中的流动特性很复杂，存在涡系结构，底排出口截面上的密度、排气速度和压力是影响推力损失的主要因素，得出了推力损失随喷管出口截面在底排装置空腔中不同位置时的变化规律，为串联式底排火箭复合增程弹结构设计提供了理论依据。     

固体火箭发动机长尾喷管内衬烧蚀流场分析

为了给固体火箭发动机长尾喷管的热防护设计和改进提供理论依据和有益的参考,文中通过解剖某固体火箭发动机长尾喷管试验残骸,并对长尾喷管内衬残骸进行了测量和分析,给出了长尾喷管内衬的烧蚀规律。利用流场仿真的方法对长尾喷管流场进行了理论计算和分析,分析了长尾喷管内衬的烧蚀机理,分析表明凝相粒子的侵蚀是长尾喷管内衬局部烧蚀严重的主要原因。     

水下超声速燃气射流的初期流场特性研究

针对超声速燃气射流在静水介质中扩展的复杂多相流动问题,在压力水筒中开展了固体火箭发动机水下点火实验;基于雷诺时均Navier-Stokes方法和流体体积模型,对相同工况进行了燃气与水耦合数值求解。研究结果表明：水下燃气射流迅速建立超声速流动后,高速射流的冲击作用导致燃气泡呈现出帽状特征,并逐渐演变为类椭球体的气囊,平均轴向扩展速度约为40 m/s;燃气泡内部流动结构复杂,存在两个剪切涡环与重复出现的激波胞格,射流边界与燃气泡边界的相互作用会导致射流后续演化的不稳定;燃气扩展时通过压力波在水流场中产生高压区,其压力峰值在振荡中逐渐与环境压力匹配,喷管堵盖打开压力、出口截面积是影响推力峰值的重要因素。     

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。     

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。