多级固体火箭发动机总体优化设计

本文在文献[1]的基础上提出了一种多级固体火箭发动机总体优化数学模型,并对三级定容发动机进行了计算.对中远程弹道式导弹利用优化模型比经验设计主动段终点速度提高了4%.     

消息三则

1.法国在陆基型SA90防空体系方面,将于1996—1997年间用新导弹取代霍克.航宇公司准备用Aster30,以固体火箭发动机为动力;马特拉公司准备用SAMAT3与之竞争.这种导弹用火箭助推的冲压发动机为动力.海军短程点防的防空体系SAN90,将采用固体火箭发动机的垂直发射导弹.航宇公司的Aster12与马特拉公司的SAMAT2竞争.     

日本火箭发动机喷管用C/ C 复合材料

介绍了C/C复合材料在日本固体火箭发动机喷管的应用情况,主要包括卫星远地点助推发动机用螺旋形状碳布铺层的2D-C/C扩张段、固体助推器及固体运载用3D-C/C喉衬.2D-C/C扩张段采用黏胶丝基碳纤维成型,M-V固体运载一级发动机C/C喉衬采用碳纤维三向正交圆筒编织结构,热等静压-石墨化致密,外径Ф1100 mm,密度达1.95 g/cm3.C/C复合材料在固体及液体火箭发动机喷管延伸出口锥的应用是未来的发展方向.     

固体火箭发动机防静电、防射频辐射的一种安全设计考虑

通过固体火箭发动机外壳屏蔽衰减分析、点火电路的合理设计和在点火电路中引进低通滤波器,使固体火箭发动机在采用常规电点火器的条件下达到对射频辐射和静电危害防护的基本要求.这种安全设计考虑方法简单,效果明显,是解决固体火箭发动机“双防”问题的一个切实可行的途径.     

法国欧洲动力装备公司为美国Erint-1导弹提供火箭发动机关键部件

法国欧洲动力装备公司(SEP)为美国延长射程拦截技术(Erint-1)导弹提供了固体火箭发动机关键性部件.这种导弹是一种灵敏的单级高超音速末段寻的导弹,是为战场导弹防御而研制的.发动机外壳和尾喷管由SEP负责设计.发动机外壳采用石墨/环氧树脂复合材料,尾喷管用碳/碳材料制成.发动机和尾喷管的总长约为1.8m,固体火箭发动机位于Erint-1导弹的中央,排气直接通过尾喷管排出.     

固体火箭发动机缺陷的ICT局部检测

为了实现对固体火箭发动机缺陷的局部检测,提出了窄角扇束工业计算机断层扫描成像(ICT)检测固体火箭发动机缺陷的局部检测方案.采用平移/旋转扫描方式和只旋转扫描方式对固体火箭发动机缺陷进行局部检测.为了验证局部检测方案的有效性,利用窄角扇束ICT对某型固体火箭发动机进行局部检测,并利用卷积反投影算法和小波变换算法进行局部重建.结果表明:平移/旋转扫描方式适合窄角扇束ICT对固体火箭发动机缺陷进行局部检测,只旋转扫描方式不适合局部检测.由于利用局部缺陷区域外的投影数据,卷积反投影算法较小波变换算法的局部重建质量高.这对于提高固体火箭发动机缺陷的检测效率,降低检测成本具有重要意义.      

固体火箭发动机气体动力学发展的现状和方向

提纲式地阐述固体火箭发动机气体动力学,特别是二相流的发展和应用.认为气体动力学是固体火箭发动机理论设计、性能计算和专题研究的重要基础,流场计算已成为固体火箭发动机设计和研究中众所瞩目的中心问题.提出了固体火箭发动机流场计算一体化的观点.反应湍流边界层理论是固体火箭发动机气体力学的新领域.轴对称二相流的理论和实验研究已取得显著成果,但有必要继续进行和不断完善.工程应用迫切要求从速建立许多研究专题的二相模型.三维、二相、计算气体动力学是今后发展的方向;它与固体火箭发动机一体化工作过程的计算机图象显示相结合,将成为本世纪90年代及21世纪初的新水平.     

固体火箭发动机总体参数优化设计

在固体火箭发动机总体参数优化设计过程中,数学模型的建立是非常重要的,数学模型建立的好坏直接影响优化计算的精度和适用性。发动机的数学模型包括能量模型和质量模型。能量模型采用了两种方法:(1)美国SPP法中的SPP经验法。(2)统计方法(Landsbaum法)。在统计方法中,采用多元回归分析的方法,编制了计算机程序,进行最佳拟合,得到一种计算固体火箭发动机实际比冲的通用公式[2]。      

固体火箭发动机的低易损性问题

从"谢菲尔德"号驱逐舰沉没的教训,揭示了固体火箭发动机低易损性设计的重要性.分析、讨论了研制钝感推进剂、采用新型复合材料壳体和壳体采用特殊结构设计等新技术在发动机低易损性设计中的应用.对我国开展战术导弹固体火箭发动机低易损性的研究和应用提出了建议.     

固体火箭发动机金属壳体的结构可靠性

本文采用威布尔分布来描述超高强度钢制成的固体火箭发动机金属壳体的破坏压力分布.由最小二乘法求得威布尔分布的三个参数值后,按照应力强度模型估算了固体火箭发动机壳体的结构可靠性.     

重型运载火箭动力系统分析

讨论了两种载人登月的动力系统方案,分析了已有重型火箭动力系统的结构和基本参数,以满足载人登月的任务要求为前提,提出了重型火箭箭体结构和任务要求.从性能、经济性、技术难度、工作可靠性等方面综合考虑,提出重型火箭下面级的基本方案.提出了一套重型火箭动力系统,建立了一个运载火箭系列,并对其运载能力进行了计算.经综合分析,提出登月火箭可采用8 m直径的三级半结构,助推级、第一级和第二级均为推力5 000 kN量级富氧预燃室补燃循环液氧煤油发动机,第三级为2台50 t氢氧发动机.      

对二级推力程序战术导弹动力装置的探讨

本文叙述了对战术导弹的要求及实现二级推力程序可能的动力装置方案,并对这些方案进行了比较.提出了一、二级推力比和总冲比是选择动力装置方案的重要参数.当推力比大于5时,不宜采用单室双推力方案,尤其是在一、二级推力比较大而总冲比较小的情况下,选用贯穿式双室双推力方案较有利.文中进行了实例对比.当一、二级推力比很大,而总冲比又很小时,采用组合式固体火箭冲压发动机是一种很可取的方案.本文还概述了无喷管固体火箭发动机在组合式固体火箭冲压发动机及其它二级推力动力装置上的应用.     

固体火箭发动机的三维仿真研究动态

固体火箭发动机的燃烧过程存在强烈的耦合和非线性现象,目前国内外对其仿真大多采用简单的一维仿真,而美国的高级火箭仿真中心(CSAR)正在开发三维的、完全耦合的固体火箭发动机仿真软件.详细介绍了它的第二代仿真软件GEN2的程序结构、算法及其测试结果,它采用任意拉格朗日/欧拉(ALE)形式的流体和固相控制方程分别求解流场和结构的变形和移动;采用显式的或隐式的时间步迭代法来实现流体/结构间的耦合;应用粘性/体积有限元(CVFE)方案模拟界面间裂纹的动态扩展.测试结果表明:GEN2具有很好的并行可量测性.     

固体火箭发动机喷管出口粒子参数和尾流温度测量方法研究

介绍了光学辐射温度计和激光衰减法测量固体火箭发动机尾流温度和粒子参数的基本原理.利用所建立的实验系统测量了固体火箭发动机实验时的温度和粒子参数.实验表明,测量结果是可信的.     

固体火箭发动机可靠性设计系统的研究与实现

可靠性设计是固体火箭发动机设计中的一项重要工作,但长期以来这些工作主要依靠多个设计人员共同完成。为了实现固体火箭发动机可靠性设计自动化,本文首先结合固体火箭发动机可靠性设计的工程实际,提出了软件系统的主要功能,然后在总结工程实践中常用的可靠性分配、预计、评估等方法的基础上,确定了系统各模块的计算模型,最后采用C++Builder等软件开发工具,开发了固体火箭发动机可靠性设计系统。实践表明,该系统易于操作,便于工程应用。     

计算机在固体火箭发动机设计与研制中的应用

随着计算机在分析与仿真中的广泛应用,固体火箭发动机工作过程中许多复杂而难以观察的现象已能得到揭示.因此,计算机的应用已成为设计与研制高性能固体火箭发动机的十分重要的手段.本文综述了应用计算机在一些固体火箭发动机的性能预示、设计优化、性能检验和故障分析等方面所取得的成就,并就今后我国在设计与研制固体火箭发动机中如何加强计算机化提出了若干建议.     

NASA修订“重返月球计划”

2006年1月，美国国家航空航天局（NASA）修订了“重返月球计划”，强调采用通用性更好的乘员探索飞行器（CEV）与乘员运载火箭（CLV）。NASA不再为这2种飞行器分别研制上面级火箭发动机，而将采用“阿波罗”时代J-2发动机的衍生型号。此前NASA曾计划采用航天飞机的主发动机作为乘员运载火箭的上面级发动机。     

空空导弹固体火箭冲压发动机设计参数优化

为使空空导弹在较宽的空域范围内获得优化的综合性能,提出了以导弹综合特性为目标函数来优化固体火箭冲压发动机设计参数的思路,以空空导弹在飞行高度分别为5,10km和15km的飞行距离和飞行速度的综合性能参数为目标函数,建立了固体火箭冲压发动机设计参数优化模型,利用遗传算法进行了固体火箭冲压发动机设计参数的优化.优化的结果表明:当参数选择适当时,采用非壅塞固体火箭冲压发动机的空空导弹在较宽的工作包线内也能够具有优秀的飞行性能,在高度为5,10km和15km时,空空导弹的飞行距离分别达到了62.9,89.2km和133.1km,空空导弹的平均飞行速度也得到了提高.      

无人机双发固体火箭助推器同步性研究

探讨和分析了无人机采用双发固体火箭助推发射方案时存在的助推器同步性问题。并以某型无人机和火箭助推器为例,进行了火箭助推器的同步性仿真计算以及同步性对无人机发射段飞行稳定性的影响计算,分析确定了影响双发固体火箭同步性的显著因素,并就改善双发火箭同步性提出了相应的技术措施。计算结果表明,火箭助推器同步性对无人机发射段飞行轨迹及稳定性的影响在工程应用上是可行的。     

固体火箭发动机绝热层温度场的有限元计算方法

利用有限元法计算了固体火箭发动机绝热层在移动边界条件下的二维温度场.采用碳化层-热解面-原始材料的二维碳化烧蚀模型;推导了将热解气体对流项作为源项的有限元计算方法;采用当量对流换热系数和当量热流的方法处理复杂边界条件.采用无限插值法获得移动边界条件下的三角形网格,提高了网格生成速度和网格质量.计算结果表明,利用有限元法计算固体火箭发动机绝热层的温度场收敛性和稳定性都较好.