高压强固体火箭发动机设计技术研究

简述了国外高压强固体火箭发动机技术的发展和应用情况，提出了我国开展高压强固体火箭发动机研究的设想，详细分析并阐述了高压强固体火箭发动机设计技术研究内容、方法和途径。     

《固体火箭技术》第27卷（2004年）总目录

第 1期火箭研究及应用火箭架线作业装置的设计与试验程养民 ,等 (1)………………RBCC引射模态DAB模式二次燃烧数值研究王国辉 ,等 (5 )………………………………………………发动机喷管扩散段型面对固体发动机性能的影响陈林泉 ,等 (9)……固体发动机喷管延伸锥展开前级间分离的热环境分析韩丽霞 ,等 (12 )……………………………………………高压强固体火箭发动机性能 /成本优化设计李晓斌 ,等 (16)……………………………………………固体火箭发动机内弹道性能仿真何景轩 ,等 (2 0 )……………小型固体火箭发动机低压自毁效果研究刘平 …     

稳健优化设计及其在固体火箭发动机装药设计中的应用

为了提高固体火箭发动机在干扰因素作用下的性能精度,将稳健优化设计方法引入固体火箭发动机装药设计中。首先介绍了稳健优化设计的基本概念和设计流程,通过装药设计实例分析了稳健优化设计特点及适用性。结果表明,稳健优化设计既可较好地保证设计约束的可行稳健性,又可降低发动机性能在随机因素作用下的散布范围。为解决固体火箭发动机推力不平衡问题提供了很好的解决方法。     

一种固体火箭发动机内弹道性能数字仿真研究

研究了固体火箭发动机内弹道性能数字仿真方法，包括确定其随机变量，提出根据试验数据修正压强和推力的计算公式和数字仿真模型。该方法可用于固体发动机方案选择、性能评定及流场计算。对某固体火箭发动机的内弹道性能进行了数字仿真，得出了燃烧时间平均压强和平均推力、最大压强、比冲和总冲等内弹道性能参数的均值和方差。计算结果和实验数据符合较好，说明该仿真模型计算可靠。     

过载对固体火箭发动机性能影响试验研究(英文)

建立了立式旋转试车台,研究了高过载对固体火箭发动机性能的影响。通过地面静止及不同过载(15gn,15gn;35gn,15gn)条件下点火对比试验,获得固体火箭发动机在不同过载条件下内弹道性能以及绝热层和喉衬的烧蚀规律。试验表明,随着过载增加,发动机压强增大、工作时间缩短;横向与轴向的组合过载恶化了烧蚀环境,使喉衬出现偏心烧蚀。     

水下固体火箭发动机的负推力现象研究

针对水下固体火箭发动机工作环境压强高的特点,结合固体推进剂的燃烧特性,采用UDF方法定义喷管入口边界条件,建立了固体推进剂燃气质量生成与水下超音速气体射流的耦合计算模型。将该模型的计算结果与水下固体火箭发动机的实验测量结果进行对比,验证了该模型的合理性。研究发现,水下固体火箭发动机在点火初期会出现负推力现象,负推力产生的原因是发动机点火初期,喷管内被过度压缩的燃气冲出喷管后,在喷管尾部形成一个超音速燃气泡,超音速流动使泡内压强降低;同时受到流动惯性作用的影响,气泡持续膨胀使泡内压强进一步大幅降低,发动机前后端面上的压差最终导致负推力现象产生。     

基于嵌入式仿真模型的固体火箭压强反馈系统半实物仿真

为进行固体火箭发动机压强反馈控制系统闭环调试及实时仿真,将真实的伺服调节系统接入仿真回路,基于Matlab嵌入式代码生成技术,将图形化的发动机模型编译生成仿真代码,从而搭建起固体火箭发动机压强控制系统半实物仿真平台。实现了嵌入式仿真系统在固体火箭发动机控制中的首次应用,为压力闭环控制算法的研究提供调试、验证的平台,降低了发动机试验成本。通过控制参数调试与系统仿真得出,发动机在不同压强状态下的动态特性差异较大,并受到自由容积、燃速、压强指数等因素的影响。压强指数增大时,系统稳态增益在不同压强下的变化增大,且压强对喉部变化更加敏感,控制参数不变时,可改善压强调节品质。     

平行坐标可视化技术在固体火箭发动机优化设计中的应用

由于笛卡尔坐标系的制约,多变量分析及显示成为复杂固体火箭发动机设计优化的难点之一。将平行坐标可视化技术应用于固体火箭发动机设计优化过程,以高压强固体火箭发动机总体参数优化为例,针对不同优化阶段提出不同赋色原则,说明其在发动机设计优化辅助建模、优化过程监控和优化结果鲁棒性分析中的应用。研究结果表明,平行坐标可视化技术在处理固体火箭发动机设计优化多变量分析及显示问题上具有简单、直观等独特优势,易于工程应用。     

固体火箭发动机交互式可视化优化设计与分析

为提高固体火箭发动机优化设计和结果分析的效率,提出了一种交互式可视化优化设计与分析方法。以某大型固体火箭发动机设计为例,说明其在固体火箭发动机优化设计和参数敏感性分析中的应用。研究表明,这种方法可使设计人员快速、直观地得到符合总体要求的多组设计方案,简单、有效地进行参数敏感性分析,符合设计人员思维习惯,适合在工程中推广。     

远程机动导弹固体火箭发动机总体性能优化设计

本文介绍针对某一远程机动导弹固体火箭发动机建立的优化设计数学模型.运用该数学模型成功地进行了七个设计变量的寻优计算,所得优化方案与原方案比较,发动机性能得到了明显的提高.该数学模型把热力计算、装药设计、内弹道设计,药柱结构完整性分析、壳体结构可靠性与发动机性能优化联系起来,因此,它是一个较为完整的固体火箭发动机性能优化数学模型.     

固体助推发动机技术研究进展及总体需求分析

随着固体助推发动机技术在航天运输领域的应用，运载火箭对航天动力系统的需求不断提升。美国、欧洲、日本、印度等国家和地区均发展并应用了固体助推发动机技术，并呈现出大推力、低成本、高可靠的技术特征。在总结国外固体助推发动机技术研究进展和发展趋势的基础上，从顶层规划、总体设计、工艺实现等方面提出了未来固体助推发动机技术的总体需求，为我国固体助推发动机技术发展方向提供参考。后续，发动机研制应在运载火箭总体与动力联合优化的基础上，持续开展性能提升和关键技术攻关。     

面向成本的固液火箭发动机方案设计优化

对固液火箭发动机(HRM)系统进行参数化建模,研究影响推力室等主要部件成本的主要因素,并建立相应成本模型。针对某运载火箭上面级固体火箭发动机CPKM的技术指标要求,采用多岛遗传算法(MIGA),开展面向成本和性能的多目标HRM设计优化。结果表明,HRM在主要功能和部分性能上可替代CPKM;相比于CPKM,HRM在同速度增量下成本下降21.0%,同成本下速度增量提升15.8%;HRM方案设计阶段中,扩张比与比冲、长度、工作时间具有较强线性关系,速度增量和成本等两个优化目标的主要影响因素是初始推力和药柱肉厚。     

战术火箭/固体火箭发动机一体化优化设计

在综合考虑发动机内弹道性能与火箭外弹道关系的情况下，融内外弹道为一体，系统分析了发动机装药参数，燃烧室设计参数、喷管设计参数、尾翼参数对发动机性能及全弹性能的影响，针对远程战术火箭，建立了火箭总体／固体火箭发动机一体化优化的模型。在所建模型基础上，以火箭弹总体性能最佳目标，对总体和发动机设计参数以及药柱几何参数同时进行优选，完成了九个变量的寻优计算，取得了满意结果。     

飞行器固体火箭助推器设计优化方法比较

综合考虑飞行器总体设计约束、轨道设计、气动特性与固体火箭助推器设计间相互影响的情况下,建立了飞行器固体火箭助推器总体/气动/轨道/动力多学科的系统分析模型和设计优化模型。采用传统设计优化方法和多学科设计优化(MDO)方法进行了固体火箭助推器设计优化。结果表明,固体推进单学科的最优设计不等价于飞行器总体多学科的最优设计;与传统设计优化方法相比,MDO方法一次设计优化就可得到满足飞行器总体设计指标的最优设计,得到内外弹道相匹配的助推器最优推力-时间曲线。传统设计优化方法需要飞行器总体和固体推进学科两个设计优化过程不断迭代协调,容易漏掉满足飞行器总体设计指标的最优设计。采用MDO方法,可提高固体火箭助推器的设计质量,大大减少设计迭代次数,从而缩短设计周期。     

整体式固冲发动机与导弹一体化优化设计

概述了发动机与导弹一体化优化设计问题，建立了整体式固部发动机与导弹一体化优化设计模型，并以某防空导弹为一算例，进行了优化前后两种方案对比，结果表明，经地定体化优化设计挖掘了整整体式固部贩设计潜力，导弹弹道性能明显提高。     

基于遗传算法的固体火箭发动机参数优化设计

基于连续型遗传算法,并与工程设计方法及相关结构有限元计算结果紧密结合,建立了固体发动机优化模型。以固体发动机的冲质比为目标函数,对发动机工作压强、喷管扩张比和喉径等参数进行了优化设计。计算结果表明,采用遗传算法十分有效,能够快速获得最优解,提高发动机的整体性能。     

基于物理规划的固体火箭发动机不确定性优化设计

在基于建模与仿真的固体火箭发动机设计过程中客观存在许多不确定性,决策不确定性定义为设计与优化问题描述和决策过程中存在的模糊性。传统优化设计模型将优化设计问题作为确定性问题求解,可能会漏掉真正的工程实际可接受的最优结果。采用物理规划方法建立优化设计模型,可得到综合满足多个设计准则的Pareto解。以固体火箭发动机总体方案优化设计为例,证明了物理规划方法作为固体火箭发动机设计决策不确定性建模方法的有效性。     

固体火箭发动机性能预示

编制了固体火箭发动机性能预示软件，以美国的ＡＩＭ发动机和法国的ＳＥＰ发动机为例进行了比冲预示，并与美、英、法、德、意等国软件的达到了国外同等水平的预示精度，可用于导弹总体设计、发动机优化设计。     

基于全模式遗传算法的导弹/固体冲压发动机一体化优化

在综合考虑固体火箭冲压发动机设计、导弹气动特性和外弹道关系的情况下,详细分析了各设计变量,并建立了空空导弹总体／冲压发动机一体化设计优化模型。针对在优化过程中遇到的无显式约束问题,提出了一种高效全模式遗传算法,并分析了其收敛性。计算结果表明,与其它算法相比,全模式遗传算法具有极强的全局寻优及高速收敛能力：一体化优化设计优于工程设计方法,可有效提高导弹总体性能。