脱粘引起的燃面变化及其对发动机性能的影响

分析了推进剂药柱与衬层界面脱粘在不扩展条件下的燃面变化,并对相应的燃面面积进行了计算;通过对存在药柱与衬层界面脱粘发动机的内弹道仿真,得到了关于在脱粘面不扩展条件下不同脱粘部位和脱粘尺寸对发动机工作过程影响的一些结论.     

星孔药柱设计研究

推导了星孔药柱尾部装药和剩药燃面计算公式,提出了采用粗略内弹道计算优选药柱参数的设计方法,应用改进的一维准定常流动模型进行了精确内弹道计算,并与实验值进行了比较。计算结果和实验结果十分吻合,压强相对误差小于5％。本文提出的设计方法已成功应用于发动机设计中,大大减少了实验次数,节省了研制经费。本方法可适合于其它内孔燃烧发动机的装药设计。     

固体发动机药柱优化设计

首次利用正交试验优化设计方法对固体发动机三维柱进行了优化设计。计算的结果表明这种方法非常有效。在优化模型中，对药柱的燃面计算采用了通用坐标法。这种处理方法使本文的优化设计更为通用。     

某典型振动条件下发动机点火试验研究

以某飞行器主动段飞行故障中屡屡出现低频振动现象为背景,通过设计振动点火试验台,模拟空中飞行的振动环境,进行了低频振动条件下的发动机点火试验,研究了该低频振动对固体发动机药柱结构完整性、发动机内弹道性能以及燃烧室内绝热层烧蚀性能等的影响,研究结果初步证明,飞行过程中出现的低频振动不破坏发动机药柱的结构完整性,对发动机主要内弹道性能也不产生较大影响,但对振动方向上的推进剂燃速与绝热层的烧蚀率产生一定影响。该项研究可为相关的工程问题提供依据。     

旋转条件下大长径比固体火箭发动机三维内流场数值模拟

根据燃面的平行层推移原理,获得了某大长径比固体火箭发动机装药燃面变化过程。采用有限体积法计算了发动机在旋转飞行状态下的三维稳态流场,着重分析了不同时刻药柱开槽部分和燃烧室尾部的流速、流迹分布及其对发动机正常工作的影响,认为发动机尾部热防护以及药柱悬臂段强度是保证其正常工作的关键因素。     

嵌金属丝端燃药柱燃烧过程的数值研究

通过对金属丝采用一维传热方程,对端燃药柱采用二维轴对称传热方程,对燃气采用常微分控制方程,数值研究了嵌金属丝端燃药柱发动机的工作过程和金属丝热物性及其直径对沿金属丝燃速的影响。计算结果表明,沿金属丝燃速随金属丝导热系数、金属丝熔点的增大而增大,随金属丝比热的减小而增大;对同种金属丝存在一个最佳金属丝直径,使沿金属丝燃速达到最大值。该模型计算结果与试验结果相符较好,且能够得到沿金属丝燃速、药柱燃面变化及燃气压力等随时间的变化;模型简单、所需计算资源较少,适用于工程设计应用。     

大过载下固体火箭发动机内弹道计算

大过载会对固体火箭发动机装药燃烧产生很大的影响。采用基于加速度的装药燃速增强模型,通过水平集(Level set)算法对非均匀燃速下的复杂燃面非平行层推移过程进行计算,得到了大过载下的内弹道性能.计算结果表明:过载对发动机内弹道影响不大,在过载作用方向上装药燃速增加,可能导致装药出现偏烧,绝热层提前暴露,造成该处烧蚀加剧.      

SolidWorks二次开发在燃面计算中的应用

以SolidWorks二次开发接口为基础,探讨了参数化设计在固体火箭发动机装药燃面计算中的应用.通过不同的药柱建模方法实现了固体药柱的装药计算,发展了一种更为简单准确的燃面计算方法.计算结果表明,理论计算和试验结果吻合得较好,能够较好地模拟固体药柱的燃烧过程,可以满足工程计算上的需要,为固体装药的燃面计算提供了新的思路和方法.      

冲量法固体推进剂燃速测试原始数据有效性判定

为了定义并明确冲量法燃速测试的应用边界,通过对“推进剂药柱点火不同步”、“存在侵蚀”、“推进剂药柱同心度不好”3种情况下终了燃面偏离设计值的分析,提出以最大压强尤其是最大推力处的下降速率作为冲量法燃速测试数据有效性的判据,该判据同时解决了“裸露的推进剂药柱表面同步点火”无法评判的问题。根据燃烧室在无加质条件下燃气质量的变化规律,计算获得燃烧室压强随时间的改变趋势,与试验压强-时间曲线进行对比,提出数据有效性因子K,给出了原始数据有效性的数值判定方法。研究表明,当数据有效性因子K=1～1.2时,冲量法燃速测试结果与恒压发动机燃速测试结果一致性较好,数据有效。同时验证了喷管烧蚀会影响冲量燃速测试的压强范围,但不影响燃速测试结果。     

固体火箭发动机三维药柱燃面自动化设计方法研究

提出了一种三维药柱燃面自动化设计的新方法：根据设计者输入的设计指标和全局参数值,自动确定一系列药柱结构可选方案,自动对每一个结构方案进行药形几何参数的优化设计,自动对结构方案进行优选,并确定出可行的药柱设计方案,输出燃面设计结果。经实例设计,表明该方法是切实可行的。     

临近空间固体动力飞行器发动机与轨迹一体化设计优化

针对临近空间多级固体动力飞行器发动机与轨迹一体化设计优化问题,提出一种基于序列代理优化的高效设计方法。为了准确计算发动机的性能特性,对发动机进行了几何参数化建模,并针对复杂装药的燃面计算,提出了基于移动四面体的燃面计算算法。为了准确评估飞行器的最大航程能力,采用自适应Legendre-Gauss-Radau伪谱法获得给定发动机设计方案下的最大航程。为了提高发动机与轨迹一体化设计优化效率,提出了基于Kriging代理模型的多采样点高效全局代理优化算法,并进行了数值验证。计算结果表明：该优化方法收敛速度快,相比传统参数优化算法可以显著减少耗时目标函数和约束函数的计算次数,并能够有效地实现临近空间多级固体动力飞行器发动机与轨迹一体化设计优化。     

含缺陷固体装药燃烧异常实验分析

利用高速实时Ｘ射线荧屏分析技术,对固体火箭发动机装药经常出现的主要缺陷导致的异常燃烧现象进行研究,提出了含不同类型缺陷装药结构破坏的条件和模式,描述了推进剂裂纹、气孔和脱粘槽穴内的点火、燃烧和结构变形现象,分析了双基、丁羟、ＮＥＰＥ推进剂裂纹进一步扩展趋势和临界条件,为评估固体发动机含缺陷装药燃烧安全性提供了实验依据和分析方法。     

固体火箭发动机内绝热层烧蚀率实验研究

根据固体火箭发动机内绝热层烧蚀环境,设计研制了一种绝热层烧蚀试验发动机。利用该发动机不仅可进行绝热材料配方筛选,而且通过调节压强、流速及冲刷角进行缩比发动机烧蚀模拟试验和各种烧蚀率影响因素分析。在大量实验研究的基础上,提出了一种能较精确测量绝热层烧蚀率的测试方法和实验评定方法。分析了发动机工作压力、流速、气流冲刷角、裂纹,脱粘、气孔、夹层及搭接缝对绝热层烧蚀率的影响。测试结果与实际发动机解剖数据有较好的一致性。     

固体发动机有机烧蚀防热涂层的研究

直径、开口较大的固体发动机燃烧室热防护大多采用橡胶基绝热层、但对长细比较大,特别是开口甚小的金屈壳体工艺上却难以实施。 为了寻找具有良好的防热效果,同时工艺又简便易行的发动机内防热材料。我们开展了以环氧树脂为粘合剂、Al_2O_3·3H_2O为阻燃剂,添加石英粉、Cr_2O_3等耐高温、低导热性能无机填料组成的防热涂层的试验研究。 通过试片试验与发动机地面考核试验,证明该防热涂层也是固发燃烧室一种较为适宜的烧蚀防热材料,它具有不受被保护产品几何形状的限制。可采取喷涂、滚涂、刮涂、刷涂等优点,烧蚀率远小于橡胶基绝热层,尤其适用工作时间在30s左右的战术型号发动机燃烧室热防护。     

Solid rocket motor propellant grain burnback simulation based on fast minimum distance function calculation and improved marching tetrahedron method

To efficiently compute arbitrary propellant grain evolution of the burning surface with uniform and non-uniform burning rate for solid rocket motor, a unified framework of burning surface regression simulation has been developed based on minimum distance function. In order to speed up the computation of the mini-mum distance between grid nodes of grain and the triangular mesh of burning surface, a fast distance querying method based on the equal size cube voxel structure was employed. An improved marching tetrahedron method based on piecewise linear approximation was carried out on second-order tetrahedral elements, achieved high-efficiency and adequate accuracy of burning surface extraction simultaneously. The cases of star grain, finocyl grain, and non-uniform tube grain were studied to verify the proposed method. The observed result indicates that the grain burnback computation method could realize the accurate simulation on unstructured tetrahedral mesh with a desirable performance on computational time.     

硝胺复合固体推进剂燃速估算

本文讨论了硝胺炸药RDX、HMX的热分解及其对固体推进剂燃速的影响.提出了一种适用于AP/RDX(HMX)/HTPB(PU)/Al体系复合固体推进剂燃速预估的计算程序,计算结果与实测值十分吻合.     

星孔装药燃面退移图形显示研究

应用计算机图形学在ＩＢＭ－ＰＣ机上开发了星孔装药燃面退移仿真的图形显示系统。该系统的功能包括：参数曲线的图形显示，装药横截面的二维及装药燃面的三维静态显示，模拟燃面退移的二维动态显示。详细讨论了用直线和圆弧构成装药横截面的二维图形的显示方法及相应的参数和控制点的计算，燃面上三维型值点的计算及图形显示方法，利用三次均匀Ｂ样条和双三次均匀Ｂ样条构造曲线和曲面的方法。