固体火箭发动机喷管材料烧蚀仿真及分析

针对固体火箭发动机喷管材料烧蚀问题，分析并比较了碳基材料喷管和钨材料喷管的烧蚀率。通过计算两种喷管材料的热化学反应速率，得到了对应的烧蚀率和热流密度分布特性，并分析了燃烧室压强和温度对喷管烧蚀的影响。结果表明：碳基材料喷管与钨材料喷管的烧蚀分布规律相同，但钨材料喷管的整体烧蚀率更小；燃烧室压强和温度均会提高喷管的烧蚀率。综合考虑材料成本和固体火箭发动机整机重量因素，选用钨材料喉衬可以明显减小喷管关键位置的烧蚀量。     

一种固体发动机喷管喉衬烧蚀传热计算方法

基于喷管喉衬材料在工作过程中的烧蚀模型,建立了一种喷管喉衬瞬态烧蚀传热计算方法。采用Python语言对MSC.Marc进行二次开发,引入喉衬烧蚀移动边界和瞬变内流场边界,实现了对喷管喉衬工作过程烧蚀传热计算。计算获得了喉衬工作过程中与高温燃气接触表面形貌变化规律和温度分布规律。计算结果表明,喉衬工作过程中考虑烧蚀时,最大径向线烧蚀率发生在瞬时喉部前端;瞬时喉部随工作时间加长向喉衬出口端移动;喉衬整体温度相比未考虑烧蚀的喉衬温度有显著差异。计算方法为喷管喉衬的精细化设计提供了设计依据,对喉衬工作过程可靠性评估具有指导意义。     

本期导读

正基于MSC.Marc的固体发动机喷管非线性瞬态热结构耦合分析P6热结构设计是固体发动机结构设计的重要部分,设计中需要考虑发动机结构在内部高温高压燃气作用下的传热、烧蚀、碳化、强度、刚度等问题。利用MSC.Marc软件对喷管进行了非线性瞬态热结构耦合分析。获得了喷管结构在工作过程中的温度和应力分布、零部件粘接界面工作情况、预留热膨胀间隙变化规律等。计算结果表明,依据常规设计方法设计的喷管方案结构质量有较大设计余量;喉衬与相邻材料的胶粘面在喷管工作     

耦合场下固体火箭发动机喷管的动力学分析

喷管是固体火箭发动机关键部件之一,它的烧蚀及温度场计算对于固体火箭发动机的工作性能及结构设计有很大的影响.喷管在工作过程中承受着高温燃气的烧蚀和冲刷,所产生的热效应和由此带来的热耦合效应已经成为喷管强度和稳定性分析必须考虑的重要因素.文中首先对其进行动力学分析,然后基于ANSYS的流体及热分析单元,对固体火箭发动机轴对称矢量喷管进行温度分布及其热应力分析、热1结构耦合分析,流场1热1结构的耦合分析.     

基于AutoLISP的固体火箭发动机喷管参数化设计

归纳并总结了固体火箭发动机喷管的设计规范与经验，梳理了表征喷管结构特征的一系列特性参数，建立了喷管的数学模型。基于AutoCAD的二次开发工具AutoLISP,以所建立的喷管数字化模型为基础，编写了固定喷管的参数化设计程序，实现了固体火箭发动机喷管喉衬、背壁绝热层、喷管壳体、绝热扩散段、绝热套等基本零件的参数化设计。通过DCL对话框工具开发，形成了图像辅助设计及设计参数输入对话框，实现了喷管设计参数的获取，使喷管参数化设计工具具有了较好的人机交互。实现了固定喷管参数化设计的功能，使喷管设计师在快速方案论证中的工作效率有了大幅提升。     

轴对称矢量喷管动力学仿真与分析

在对飞机发动机轴对称矢量喷管结构和工作原理进行研究和分析之后,利用UG软件实体模块建立了固体火箭喷管的机构模型。将装配好的固体火箭喷管各构件导入MSC.ADAMS软件中,施加相应约束,构建了该固体火箭喷管的动力学仿真模型,在MSC.ADAMS软件中对固体火箭发动机轴对称矢量喷管的收扩、偏转运动进行了仿真。最终通过仿真获得了固体火箭喷管机构各环节的受载和动态特性数据,为简化新产品的建模、热态特性仿真、获取机构动态特性及加速新产品研发提供了重要的理论依据。     

基于FLUENT的火箭发动机喷管流场数值模拟

根据火箭发动机喷管设计要求及限制条件,给出喷管型面设计方法。采用计算流体力学(CFD)方法,用单方程(Spalart—Allmaras)湍流模型,借助FLUENT软件对喷管在主要工作状况下的流场特征进行了数值模拟,得到了喷管壁面上的马赫数分布图、压强分布图、流线分布图等计算结果,并对其进行了分析和总结。为固体火箭发动机喷管的设计与研究提供有效参考。     

固体火箭包覆层脱粘调制红外热波检测法的数值模拟

调制红外热波无损检测是一种可以检测材料内部缺陷的先进技术,在固体火箭发动机包覆层脱粘的诊断中有一定的应用前景.以有限元法对固体火箭发动机包覆层脱粘的调制红外热波检测法进行数值模拟,研究加热条件和结构对可检测性的影响.得出可检信息参数(表面过余温度幅值、相位和相位差)随热波激励条件(调制频率、热流强度)和结构参数(材料、...     

脉冲爆震火箭发动机数值模拟研究

脉冲爆震火箭发动机是一种利用脉冲式爆震波产生高温、高压燃气发出的冲量来产生推力的新型推进系统。与常规液体火箭发动机相比,脉冲爆震火箭发动机具有更高的性能,并且结构更简单。本文应用特征线法给出一维爆震波在爆震管内的传播过程的解析解。对爆震波到达爆震管口后发动机的非定常排气流动过程进行了二维数值模拟,并对比了无喷管和带3种不同形式喷管(收敛喷管、收敛扩张喷管和扩张喷管)对发动机推力等性能参数的影响。     

火箭发动机点火瞬态传热理论研究现状

本文阐述了固体火箭发动机点火过程中传热理论研究的现状(理论分析、实验研究和数值模拟),并对它的发展趋势进行了分析。     

复合材料发动机衬管热压罐成型工艺研究

为了提高固体火箭发动机衬管耐高温、耐冲刷的能力,解决发动机壳体烧蚀问题,对其复合材料衬管进行了热压罐成型工艺研究。优化其预浸料制备、缠绕预成型和热压罐固化成型等工艺过程及工艺参数,并对生产的衬管进行材料物理性能和力学性能检测,对装配发动机进行发动机使用性能的考核试验。试验结果表明,按热压罐成型工艺生产的复合材料衬管完全能够满足其材料性能要求和发动机的使用性能及质量要求,圆满解决了发动机耐烧蚀的关键技术问题。     

基于机电伺服系统的珠承喷管推力矢量控制技术研究

对基于机电伺服系统作为控制执行机构,采用珠承喷管技术作为固体火箭发动机喷管的推力矢量控制进行了研究分析,给出了固体火箭发动机珠承喷管的负载动力学特性,并基于机电伺服系统对推力矢量控制的整体特性进行了探讨。     

基于RBF神经网络的补燃火箭发动机频率预测

为避免建立或修改计算量巨大的发动机有限元模型,研究探讨径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络在液体火箭发动机频率预测中的应用。以某型高压补燃液氧/煤油火箭发动机为研究对象,在考虑喷管内外壁材料差异的基础上,利用刚度和质量等效原则,建立了喷管有限元模型。然后采用分布参数法建立了补燃循环火箭发动机的有限元模型,同时利用模态试验数据修正有限元模型。根据结构灵敏度分析理论,选择不同的结构参数组合作为训练样本训练神经网络,并利用训练好的神经网络预测发动机结构频率。研究结果表明,RBF神经网络能较好地预测液体火箭发动机结构频率,预测误差在1.0%以内。同时该方法具有收敛速度快的优点,可广泛应用于火箭发动机数值仿真领域。     

基于MSC.Marc的固体发动机喷管非线性瞬态热结构耦合分析

利用MSC.Marc软件对喷管进行了非线性瞬态热结构耦合分析。获得了喷管结构在工作过程中的温度和应力分布、零部件粘接界面工作情况、预留热膨胀间隙变化规律等。计算结果表明,依据常规设计方法设计的喷管方案结构质量有较大设计余量;喉衬与相邻材料的胶粘面在喷管工作中很快失效;喉衬与扩张段绝热层轴向端面对接间隙较小,在工作中会产生较大接触应力;收敛段与扩张段螺纹联接应力较小,有较高的设计可靠性。     

钨铜复合材料制备技术的发展与应用

介绍了熔渗法和复合粉末烧结法制备钨铜复合材料的制备技术,研究了具有良好导电性、导热性和耐高温等优良性能的钨铜复合材料在真空开关电器、电子封装、固体火箭发动机喉衬和燃气舵等方面的应用。     

火箭发动机尾流场流动的数值分析

采用k-ε湍流模型和离散坐标模型(Discrete Ordinates Method,简称DO模型),使用CFD技术对4喷管火箭发动机的尾流场进行3-D数值模拟,研究了不同飞行高度和不同喷管均布直径的情况下尾流的流动特性和尾流对火箭底部的辐射特性.结果显示,飞行高度增加时,尾流边界逐渐变宽、变长;喷管之闻距离缩小时,尾流增长;飞行高度对火箭底部的辐射热流密度有很大影响;喷管之阃距离缩小时,火箭底部辐射热流密度增大,高温区域增大.研究结果对多喷管火箭的总体设计有一定的指导价值.     

多喷管火箭发动机尾流场流动与辐射特性的数值模拟分析

采用k-ε湍流模型和离散坐标模型（discreteordinatesmethod,DO模型）,使用CFD技术对4喷管火箭发动机的尾流场进行3-D数值模拟,研究了不同飞行高度和不同喷管均布直径的情况下尾流的流动特性和尾流对火箭底部的辐射特性。结果显示飞行高度对火箭底部的辐射热流密度有很大影响：飞行高度增加时,尾流边界逐渐变宽、变长;喷管之间距离缩小时,尾流增长,火箭底部辐射热流密度增大,高温区域增大。研究结果对多喷管火箭的总体设计有一定的指导价值。     

基于机电伺服技术的固体火箭发动机球窝喷管限位技术研究

对采用机电伺服技术作为执行机构的固体火箭发动机球窝喷管的控制特性进行了研究,针对球窝喷管的技术特点,分析了球窝喷管的不同限位措施及其对系统整体特性的影响。     

火箭喷管非设计状态诊断与数值研究

喷管是火箭发动机产生推力的核心部件,其功能是把高压燃气转变为动能,使气流在其中膨胀加速,以高速向外喷射而产生反作用推力。火箭发动机喷管的设计状态是气体完全膨胀的状态,此时喷管出口的燃气速度达到最大。采用二维模型对喷管工作状态进行数值模拟计算,计算模型引入了气动参数、特征压强等以速度为变量的函数。结果表明,喷管的工作状态主要取决于压强比和截面积比,而燃气在喷管中膨胀不到位或者过度膨胀都会使发动机的推力减小．影响发动机性能。     

聚酰亚胺复合材料在喷管轴向限位的应用研究

零、部组件轻质化是固体火箭发动机的重要发展方向之一,这对新材料的力学性能与有关结构的适应性带来很大考验。针对全轴摆动喷管机械式金属限位装置的功能,设计了一种聚酰亚胺复合材料限位结构。这种结构的应用不仅可以减轻喷管质量,还能有效降低摆动力矩,节约加工成本,提高摆动喷管的可靠性。通过有限元仿真,分析了聚酰亚胺限位结构的热应力及工作过程中相关零件的间隙,得到了聚酰亚胺限位结构在导弹发射及发动机点火建压时刻的应力分布。结果表明,聚酰亚胺复合材料能够满足轴向限位功能的力学性能要求。非金属限位结构的研究为摆动喷管结构简化技术提供了技术参考。