固体发动机燃气射流对发射平台冲击效应研究

为研究燃气射流对发射平台的热冲击和动力冲击效应,采用有限速率化学反应模型和H2/CO反应体系模拟了燃气射流中的复燃现象,得到了射流流场结构及发射平台上的温度和压力分布情况,计算结果与试验数据吻合较好。研究表明,在射流近场内考虑复燃效应时,计算结果更为准确。发射平台中心处为高温区,应采用抗高温耐烧蚀的材料。发射平台距发动机喷口为1.4、1.7、2 m时,平台上压力分布变化不大;发射平台离发动机喷口越远,平台上的温度变化越小。     

发动机尾焰注水降温数值计算与试验研究

针对火箭发动机尾焰注水流场,组织并实施了火箭发动机系留点火及燃气流场注水降温缩比试验,研究了燃气冲击射流流场和注水作用下两相流场的分布状态以及降温效果。并通过研究在高温高速对流冲击作用下气液两相流的传热和传质理论,在Mixture多相流模型的基础上添加质量和能量源项,建立了多组分气液两相流非定常数值计算模型,通过对比试验结论,结果表明：所建立的数值计算模型具有较高的计算精度和可靠性,能够准确地反映物理现象。利用数值计算模型研究了注水后燃气、液态水和水蒸气三种主要组分在流场中的组成,通过与自由射流对比得到了注水燃气流场的包络线长度与宽度变化,注水对燃气流场降温效果显著。     

复燃现象对导流器排导流场影响数值分析

为探究导弹发射过程中复燃现象对导流器排导流场的影响,将模拟发射过程中燃气化学反应的方法应用于实际的流场分析,以计算流体力学方法为主要的研究手段,对发射过程燃气流场进行了深入研究。分别使用标准k-ε湍流模型与Realizablek-ε湍流模型对经典的燃气流平板冲击问题进行仿真计算,通过与实验数据比较,证明在圆孔射流冲击平板问题中Realizablek-ε模型的计算结果更加符合实际流动的物理特性;并基于有导流器的发射试验平台三维流场模型,得到了对称面及导流器周围流场的温度、压强及不同组分的分布情况,对比了化学反应射流与化学冻结射流之间的差别。结果表明,复燃现象主要发生在燃气射流与空气的混合层及射流冲击壁面处,化学反应射流流场中复燃区域的温度高于化学冻结流流场对应区域的温度。     

边界层内水介质在压差驱动下沿小孔向气腔射流问题研究

对边界层内小孔气水多相流场下射流问题开展数值仿真及定常水洞试验研究,建立了适用于边界层内压差驱动下小孔向气腔射流多相流场问题研究的数值仿真计算模型,针对典型孔参数及气水流场条件,对比分析了仿真试验数据,验证了数值仿真模型的正确性及模型计算精度。结合流体质点受力及运动模型及平板边界层理论,分析了气水域压力场特征及水域流动规律对小孔射流过程的作用机理及影响规律,开展了孔参数对射流多相流场特征及射流量的影响研究。获得了小孔射流量估算方法,为航行体上防水装置设计提供数据支撑。     

减压阀节流口流场仿真和分析

采用Fluent软件对火箭姿态控制系统减压阀环形节流口流场进行了数值仿真,得到了流场有关参数图形。减压阀节流口气体流场为非自由、紊动、冲击、壁面射流,气体在节流口达到音速,贴壁面高速射流出去后,相互撞击、压缩并撞击阀芯柱面产生激波,气流总压损失较大,建议采用等温过程进行特性计算。减压阀环形节流口后流场存在激波,总压并不守恒,目前通用的气流稳态流动力计算公式并不合适,应借助流场分析工具进行节流元件受力分析。     

发射井口引射流场理论计算与仿真

针对发射井口引射流场,改进了环形线汇描述方法。推导了速度势和速度的计算公式,建立了流场的FLUENT仿真模型并进行了计算,对理论计算和软件仿真的结果进行了对照验证,根据改进的环形线汇速度计算公式,求取了流场特征曲线的近似方程并进行了验证。结果表明,改进的环形汇线的模型和FLUENT仿真的计算结果高度吻合,验证了理论公式的准确性和仿真模型的正确性;随着入口速度和箭井间隙的增大,轴向速度和径向速度的最大幅值均显著增大,随着火箭半径的增大,轴向速度和径向速度的最大幅值保持不变,但径向速度的正向峰值缓慢增大;特征曲线的近似方程可较准确地描述流场特征。研究结果揭示了发射场坪引射流场的变化规律,为分析发射场坪流场提供了有力工具。     

壁面组合孔喷注增强混合研究

为增强超声速气流中壁面喷注的燃料射流与气流混合,提出了一种壁面组合孔喷注方式.通过对单孔及组合孔喷注方式燃料射流流场仿真结果的对比分析发现,采用壁面喷注孔喷注燃料时,燃料射流与来流的混合过程在射流近场穿透深度起主导作用,而在射流远场涡则起主导作用.计算结果表明,采用壁面组合孔喷注氢气时,燃料射流增强了流场展向涡量,从而在射流远场获得了更好的射流与来流混合.     

固体冲压发动机自由射流试验空气捕获量测量方法

针对固体冲压发动机在自由射流试验中的空气捕获量测量难题,基于直连和自由射流试验发动机补燃室中流场具有相似性的特点,提出了一种利用发动机喷管作为临界截面来进行自由射流试验进气道空气捕获量标定测量的新方法。开展了相同构型下直连试验和自由射流试验流场仿真分析,仿真结果表明相同构型下直连和自由射流发动机补燃室出口截面流动参数分布具有相似性,且在相同工况下该截面上压强和空气总温基本相同。基于所提出的空气捕获量标定方法,开展了相同来流组分条件下的地面直连试验和自由射流试验,通过地面直连试验得到的系数对自由射流试验的空气捕获量进行了标定,结果表明直连吹风试验获得的流量系数数据较为稳定,最大散差不超过0.5%,获得的自由射流试验进气道空气捕获量与数值仿真结果吻合较好,最大偏差为2.5%。     

速度聚束调制对顺轨干涉SAR浅海地形成像的影响研究

通过理论推导,证明了顺轨干涉SAR对海洋成像时同普通SAR一样,存在速度聚束调制。速度聚束调制使得顺轨SAR对海洋成像时产生一种非线性映射关系,这种非线性映射关系与径向流场的方位向梯度变化以及平台到目标的斜距与平台运动速度的比值(R/V)有关。以方位向存在一定坡度的浅海地形为例,分析了速度聚束调制对顺轨干涉SAR浅海地形成像的影响。仿真结果分析表明：当径向流场在方位向上存在梯度变化时,根据梯度变化的大小和方向的不同,会使浅海地形特征在顺轨干涉SAR相位图像上产生压缩、拉伸甚至混叠等失真,且R/V越大失真越严重。     

固体火箭发动机燃气射流流场和声场数值计算

燃气射流噪声是固体火箭发动机工作过程中的主要噪声源之一,射流流场的参数对其产生的射流噪声有重要影响。通过大涡模拟(LES)对不同尺寸喷管形成的超声速高温射流进行了三维非稳态数值模拟,随后在合适的声源面中,采用FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)声学模型和傅里叶变换得到了燃气射流噪声声压级的空间分布。计算结果表明,随着喷管尺寸增大,超声速射流核心区变大,喷口流场波节数增加,对喷管尾流场的影响域扩大,其产生的射流噪声也增强;燃气射流噪声辐射有较强的指向性,在射流轴向30°角方向噪声声压级最大,与相关文献中的试验结果比较吻合。研究结果可为后续固体火箭发动机降噪设计提供参考。