基于collocation方法的Taylor-Culick模型流动稳定性的特征向量分析

对于固体火箭发动机中产生的流动不稳定现象,需要利用简化模型进行分析,目前最符合实际的简化模型为Taylor-Culick流模型。采用稳定性理论对轴对称的Taylor-Culick模型进行数值计算时,由于对称轴处径向坐标为零而带来奇性,以往的数值计算方法难以处理。采用一种配置微分矩阵的方式来改进算法,避免柱坐标所带有的奇性对数值计算的影响。对固体火箭发动机Taylor-Culick流动模型进行了局部稳定性计算,得到了一致的结果。分析了特征向量随计算参数的变化,发现频率、雷诺数与特征向量的形态变化有直接关系,且特征向量的变化代表着特定情况下流动区域振荡发生的范围与形式,这些流动不稳定的局部特征从细节上反映了整体流动对应于不同流动参数的状态。     

旋转飞行器固体火箭发动机引起的章动不稳定性分析

文中采用变质量系统的方法,分析了旋转固体火箭发动机工作过程中的章动不稳定性问题。将发动机内部装药简化为变质量系统的药柱,通过对系统姿态运动方程的分析,得到质量变化对飞行器旋转姿态运动的影响,并对几种典型装药进行了计算分析。结果表明,在端面燃烧情况下,固体装药质量的消失对旋转运动的影响是有利的,使得飞行器侧向角速度逐渐趋于稳定;而对于管形装药,结果却刚好相反,质量的消失使旋转的侧向角速度以指数方式递增,从而导致了飞行器的不稳定。通过对结果的分析,提出了发动机如何控制旋转章动和稳定性的设计思想,分析方法也可以帮助解决复杂装药旋转固体火箭发动机飞行器的章动不稳定性问题。     

应用质量工具开展大长径比固体火箭发动机轴向振动试验方法研究

根据大长径比固体火箭发动机轴向振动试验任务需求,将质量管理的理念融入到大长径比固体火箭发动机轴向振动试验方法创新研究当中,通过应用亲和图、箭条矢线图、PDPC法等质量工具,结合方案分析论证、仿真分析、试验验证等手段,准确完成大长径比固体火箭发动机轴向振动试验,实现了预期的目标。     

固体火箭发动机燃烧不稳定的影响因素分析和最新研究进展

总结和分析了国外对固体火箭发动机中出现的燃烧不稳定问题的理论、数值和实验研究.介绍了国外的研究思路和现状,详细阐述了固体火箭发动机中燃烧不稳定的主要影响因素,以及目前国外公认的不稳定触发机理--声/涡耦合、抑制措施及预测理论方面的进展,总结了有关发展大型分段式固体火箭发动机可能存在燃烧不稳定的相关信息,以期对国内固体火箭发动机在该方面的研究提供一定的参考.     

固体火箭发动机撞击安全性数值分析

针对固体火箭发动机撞击安全性问题,采用数值分析方法,建立了某两型高能固体火箭发动机轴向与径向撞击模型,完成了不同速度、不同撞击角度下的发动机安全性分析计算,得到了在不同撞击条件下固体火箭发动机推进剂的燃烧、爆炸等反应特点。对比相同工况下的火箭撬试验结果,计算结果与实际试验接近,验证了数值模型及参数的正确性。利用已验证的模型和参数,采用相同的计算方法,通过对模型在不同速度下进行多次仿真计算,得到两型发动机的撞击临界速度。研究表明,对于高能固体推进剂固体火箭发动机,随着尺寸与装药量增大,其撞击安全性降低,在相同尺寸时,径向撞击比轴向更容易发生反应。研究结果为高能固体火箭发动机的设计及撞击安全性分析提供了参考。     

“固体火箭发动机燃烧不稳定”专栏导语

<正>固体火箭发动机燃烧不稳定是个传统问题，也是当前工业界和学术界面临的共同挑战。燃烧不稳定是推进剂非稳态燃烧、燃烧室内非稳态流动和结构声特性耦合作用的结果，飞行过载、用于姿态控制的直接作用力等外部因素也可能是触发燃烧不稳定的重要条件。目前，最常见的燃烧不稳定是飞行过程中偶发的，这类现象用燃烧稳定性的线性分析方法无法解释，还难以准确预示，对工程研制造成的影响更大。固体火箭发动机燃烧不稳定的研究涉及压强振荡信号的处理与分析、发动机结构振动、     

交变环境温度下固体发动机药柱温度场分析

基于正弦函数型式的交变温度模型,开展了固体火箭发动机的传热分析,研究了药柱温度的时滞与分布规律;针对大长径比药柱的温度规律,基于有限元分析结果构造了等效温度算法。结果表明,大长径比药柱温度的空间分布、时滞性均与径向位置相关,轴向差异不明显;等效温度可近似由肉厚中部偏外侧(约0.58倍肉厚处)的特征点表征,其误差在2℃以内,滞后时间不超过5 min。     

旋转固体火箭变质量运动特性分析

借助于变质量陀螺方程,分析在主动段发动机尾喷口直径的变化对旋转固体火箭自旋速度的影响,得出对于双推力发动机在助推段向巡航段过渡时,由于发动机质量流量的改变,会使静稳定旋转固体火箭自旋速度以及弹体升力系数发生改变,导致弹道波动,进而得出为使旋转固体火箭自旋速度和弹道稳定,发动机尾喷口直径应与燃烧室内径相等的结论。利用Bendixson-Dulac定理,从微分方程理论给出了主动段飞行的旋转固体火箭,要么不发生锥形运动,要么仅发生一种稳定的锥形运动的理论证明,并得出气动阻尼不利于弹体姿态的结论。最后推导出旋转固体火箭变质量特性对弹体的章动阻尼作用的解析公式。     

旋转固体火箭发动机飞行器章动不稳定机理述评

针对旋转固体火箭发动机发射小卫星最末级出现的章动现象,分析了其不稳定机理.根据实际观测的飞行数据,分析了飞行器章动不稳定性的特点,给出了几种可能导致飞行器发生侧向角运动的不稳定性机理,并结合实际情况,对各种机理进行了分析.结果显示,飞行器不稳定运动的主要原因是飞行器的质量变化、内部气流的非稳态流动与飞行器姿态运动的相互...     

固体火箭发动机撞击靶板安全性数值分析

为研究固体火箭发动机撞击安全性,建立了固体火箭发动机撞击靶板的计算模型,模型中发动机的推进剂装药采用点火增长反应速率方程.采用非线性有限元流体动力学方法,对发动机径向撞击靶板过程进行了数值模拟,分析了不同撞击速度下发动机中推进剂装药的反应情况.计算结果表明,发动机径向撞击靶板爆炸的临界速度范围为150～200 m/s;低强度多次撞击过程中推进剂会发生延迟爆轰情况.     

小型试验固体火箭发动机研究

从理论上分析了影响固体火箭发动机性能散布的主要因素,设计了相应配套的小型试验固体火箭发动机,用于提高燃速测试精度,并应用于大型发动机的研制和批产。理论分析和测试结果表明,燃速的测试精度以及复合固体推进剂自身的燃速散布是影响固体火箭发动机性能的最主要因素,把握了复合固体推进剂燃速,可减小性能散布,确保大型固体火箭发动机批次研制和生产性能的稳定性和准确性。     

某型固体火箭发动机不稳定燃烧仿真分析与试验

针对某型大长径比固体火箭发动机研制过程中,发动机地面试验出现不稳定燃烧的现象,结合声腔频率分析方法和地面试验过程中增加脉冲触发,对其产生不稳定燃烧的频率范围进行了分析,通过优化发动机型腔结构改变发动机固有声腔频率,消除了不稳定燃烧现象,优化后的发动机通过地面试验增加脉冲触发进行验证。结果表明,所采用的声腔频率分析方法、优化改进措施及脉冲触发验证方法有效。     

固体火箭发动机凝聚相微粒分布研究现状

凝聚相微粒尺寸分布对固体火箭发动机燃烧室效率和喷管效率有影响。本文介绍了引起固体火箭发动机两相流动损失的凝聚相微粒尺寸分布、测试方法的研究现状。     

具有反应流的固体冲压式火箭 发动机侧向进气道排放燃烧室的研究

固体冲压式火箭发动机是冲压发动机的一种变种。本研究使用一个带侧向空气道的排放燃烧室。考虑反应流,在燃气发生器中装填了50％高氯酸铵和50％聚酯的富燃推进剂。将κ—ε联立方程描述的湍流模型和一个简单、一步、快速反应的化学动力学总合成椭圆型偏微分方程来描述流场。为了适合所研究的问题,由改进的TEACH计算机程序来求解。基于此分析,更加深入地了解到混合和燃烧对固体冲压式火箭发动机全部性能的影响。将侧向空气进气道的位置移向燃料进气道,减少侧向空气进气道的角度,以及增加空气对燃料的比例,都能改善混合和燃烧特性,提高固体冲压式火箭发动机的比冲,这与Vanka的分析结果和Schadow的试验数据定性地一致。     

固体火箭发动机推力向量控制系统评述

固体火箭发动机推力向量控制系统的功用是根据飞行器控制系统的指令,偏转发动机喷焰排出方向,使其与飞行器轴线偏斜一定角度θ,从而改变反作用推力F的方向,此时,发动机推力F的径向分量Fsinθ就是侧向控制力Fs,它围绕飞行器重心产生一个控制力矩,用于飞行器姿态的稳定与控制。推力向量控制系统按指令要求控制推力向量偏角θ的方向与大小。     

翼柱型装药固体火箭发动机燃烧室声场分析

燃烧室的声场特性分析是固体火箭发动机声不稳定研究的一个重要组成部分,建 立了复杂装药结构固体火箭发动机的燃烧室声场特性的计算模型,推导了小振幅三维波动方 程,采用有限元法进行仿真,得到了有喷管潜入段和无喷管潜入段的翼柱型装药结构空腔的 声振频率、振型和小扰动时的频率响应特性,分析表明,小扰动出现在声腔不同位置时,声 压响应均出现在声腔固有频率段上,但是声压幅值有较大差异,喷管潜入段的空腔对基频有 强阻尼作用。     

翼柱型药柱固体火箭发动机不稳定燃烧研究

列举了3种高装填、大长径比、翼柱型药柱、复合推进剂固体火箭发动机不稳定燃烧的现象,对其不稳定燃烧现象进行了频谱分析,将3种不稳定燃烧定位为中频、纵向声不稳定。分析认为,不稳定燃烧取决于发动机的设计固有频率及发动机燃烧室内部声能的各种增益和衰减之间的消长关系。抑制不稳定燃烧的有效途径是改变声腔的固有频率和减少声能增益、增大声能损耗。通过采取修改药柱结构以改变燃烧室声腔的固有频率和增大喷管阻尼的措施,使发生的不稳定现象得到了很好的抑制,可为同类发动机研制提供借鉴。     

战术导弹固体发动机燃烧不稳定研究概述

介绍了大长径比战术导弹用固体发动机中产生的燃烧不稳定,分析了燃烧不稳定产生的机理,总结了国外典型的实验研究情况及其主要结论,以及国内固体发动机燃烧不稳定的状况。结合最新的研究进展,对燃烧不稳定的影响因素开展了深入分析:分析了声涡之间的耦合作用,重点讨论了声对涡的调制作用;分析了推进剂压强耦合对燃烧不稳定的影响,讨论了压强耦合响应函数的测试方法及其与推进剂配方之间的关系;分析了金属的分散燃烧及其凝相燃烧产物对燃烧不稳定的增益和阻尼作用。针对诸影响因素,提出了进一步的研究建议。     

欧洲空间局固体发动机研制情况简介

1972年,欧洲空间研究协会(后合并成欧洲空间局)开始研制固体火箭发动机,1977年和1978年发射的欧洲科学卫星(Geos—1和—2)首次采用了固体远地点发动机。该发动机由意大利斯尼亚(SNIA—BPD)公司研制,丁羧推进剂,常规的径向燃烧药柱设计。由于它性能卓越,1974年又开始研制一种更大的固体发动机,定名为马奇(MAGE),意图是让欧洲同步卫星使用自己的固体远地点发动机。     

水下固体火箭发动机尾流场计算

采用了二维定常气流场模型和轴对称理想水流场模型,对水下工作固体火箭发动机尾流场进行了耦合数值求解。考虑了高温燃气与水介质之间传热、汽化等对内部气体流动的影响,数值模拟了尾流场中压强、温度在发动机尾流场中沿轴向、径向的分布规律和特征及参数变动对喷管性能的影响,所获得的流场压强、温度分布规律可为水下工作固体发动机设计提供依据。