固体导弹燃气舵工作环境研究

固体导弹发动机推力向量控制采用燃气舵装置，燃气舵通常是４个均布在喷管出口的排气流中，因此，工作状态很恶劣，报告中着重分析工作环境地它的影响，影响最大的是固体推进剂燃烧产生的燃气流，其次是喷管的型面、发动机的剧烈振动、工作时间的长短和大气压力变化等。为此，在研制过程中根据环境影响，采取有效措施，才能确保燃气舵的研制成功。     

液体火箭发动机在高空工作期间喷管及其周围流场研究

研究了液体火箭发动机(简称火箭发动机)在不同高度飞行时喷管内及喷管周围的气流流动参数分布与高度的变化关系.研究结果表明火箭发动机当其工作高度低于设计高度很多时,燃气在喷管内流动时将会产生激波;当工作高度接近设计高度时,燃气在喷管内流动时将产生微弱的斜激波;当工作高度超过设计高度时,燃气在喷管外将会产生"羽流","羽流"的面积随着飞行高度的增加而变大;当飞行高度大于设计高度时,应考虑燃气"羽流"对发动机及所携带载荷的影响,所携带载荷应有热及污染的防护措施;此时喷管应采用变面积比的喷管,即高度补偿喷管,此喷管的面积比随着飞行高度的增加而增大.     

可抛式延伸喷管展开过程运动与动力学仿真(英文)

针对固体火箭发动机可抛式延伸喷管运动机构的特点,建立了包括展开装置、释放机构、折转片等在内的延伸喷管整机模型。根据试验结果建立了燃气展开力样条曲线,利用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS进行了延伸喷管展开动力学仿真,获取了延伸喷管运动构件的运动特性和约束的约束反力等结果。结果表明,运用ADAMS动力学仿真分析软件对延伸喷管展开过程中的动力学响应进行仿真分析是可行的。     

固体火箭发动机喷管瞬态流场特性分析

为准确预测某型固体火箭发动机喷管的流场特性,建立了发动机燃烧室-喷管一体化三维流场模型,考虑了上游流场-燃烧室对喷管流场的影响,应用有限体积法,仿真计算出了发动机点火启动过程中喷管内激波的存在及变化趋势,仿真结果与一维等熵函数理论分析结果相一致。结果表明,在发动机点燃初期,喷管内燃气呈现亚音速流动,随着时间推移,在喷管扩张段出现了一道激波,燃气流动出现壅塞,随着燃烧室内燃气压力升高,激波逐渐移出喷管,喷管内呈现超音速顺畅流动。     

固体火箭发动机水下燃气泡计算

采用二维非定常气流场模型和VOF(Volume of Fluids)模型,对水下固体火箭发动机点火初期这一非稳态过程进行了气水耦合数值求解.模拟了燃气泡的形成、发展及断裂过程,揭示了燃气泡中压强、马赫数等参数的变化规律,得到了高速射流点火初期的流场变化特征,模拟中捕捉到了喷管出口处的压力脉动和燃气泡的"颈缩"现象,并对引起压力脉动的相关因素进行了讨论.模拟结果表明,燃气泡的发展变化过程会对喷管扩张段产生影响,这是水下高速射流的重要特征之一.上述研究可为水下发射固体火箭发动机设计提供参考.     

无喷管固体火箭发动机点火瞬变过程内流场计算

本文提出了计算无喷管固体火箭发动机压力建立过程的 P(x,t)模型,它的控制方程是一组一维非定常两相非平衡流和一组一维非定常两相非平衡流动力学方程,该方程采用 MacCormack 显示差分格式求解.本文还建立了在跨音速和超音速气流流动下的侵蚀燃烧模型,该模型适用于无喷管固体火箭发动机.利用本文的模型可精确预示无喷管固体火箭发动机点火瞬变过程的内弹道性能,并可研究无喷管固体火箭发动机的内流场变化规律.     

固体火箭发动机喷管效率计算

采用半经验法计算了固体火箭发动机喷管的效率，即用计算流场的方法确字喷管二维两相流损失和边界层损失，用SPP经验法预示了喷管的化学动力学损失，喷管烧蚀损失和喷管潜入损失。利用该方法对几个实际固体火箭发动机喷管效率进行了计算，计算结果与实际结果比较符合，精度偏差在1％之内。     

斜切喷管性能模型验证

本文介绍了斜切喷管性能预示模型的适用范围。影响模型适用范围的因素是三维流压强和(或)边界层的分离.使用专用设计的固体火箭发动机,进行了多种斜切喷管结构静态点火试验。由试验结果确定了性能模型的适用范围.     

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。     

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。     

美国固体火箭发动机钨钼合金燃气舵材料的研制

介绍美国马丁公司用钨钼合金作燃气舵材料的研究工作.纯钨材料燃气舵的比重大;既硬又脆;机械加工性能极差,价格昂贵.纯钼材料燃气舵却不耐烧蚀和热冲刷.而85%钨15%钼的钨钼合金燃气舵能经受3079℃高温燃气流历时40秒钟的机械负载和热负载侵蚀试验.对燃烧时间短的固体火箭发动机,60%钨40%钼的钨钼合金燃气舵已能满足其要求了.舵的前缘半径对舵面烧蚀受损率、升力特性和重量均有影响.对当前舰载垂直发射导弹系统来说,希望采用前缘半径小,重量轻,升力特性好,价格低廉的钨钼合金燃气舵.     

发动机喷管对火箭气动静稳定及控制特性影响研究

发动机喷管外露于火箭尾部是常见情形,但在火箭气动设计过程中却经常不予考虑。利用数值计算方法,研究喷管外露部分对火箭气动静稳定及控制特性的影响。计算结果表明:在超声速Ma=2~12、攻角30°范围内,外露喷管对火箭气动静稳定性有1%~2%的增加,且气动控制效率明显,喷管±3°摆角产生的气动控制力矩约为头部空气舵±20°摆角的1~2倍。因此,对于确实存在喷管外露的火箭,在气动特性设计过程中需充分考虑喷管对静稳定性的影响,甚至可以考虑将喷管作为气动控制面,用于火箭无动力滑行段的姿态控制。     

火箭设计参数对发动机喷管效率的影响

运用美国联合陆海空军和国家航空航天局(JANNAF)提出的二维动力学模型修改版,我们进行了火箭喷管参数计算。本文对火箭发动机中能量释放效率作了定义,并将喷管上能量损失分为发散、摩擦和动力学损失。喷管特性设计参数与这些损失的关系也进行了研究。另外,也考虑到了喷管中激波和热损失对喷管效率的影响。喷管能量损失的确定运用了 SSME 和 Vulcan 发动机的喷管型面,后一发动机是未来运载火箭的组成部分。火箭的设计参数由推力、室压、混合比、喷管面积比和喷管几何形状确定。所有这些参数都有系统的变化,本文阐述了它们对喷管效率的影响。这些效率做为数据库用于未来运载火箭进一步的系统分析。     

滚动球窝喷管接触应力分析

叙述了滚动球窝喷管在设计中许用接触应力的选择依据及方法,并根据以往的经验公式及其试验数据对影响许用接触应力的几个因素进行了分析。采用有限元法对某固体火箭发动机滚动球窝喷管的接触应力进行了预估,给出了接触应力有限元的基本计算方法,获得了阴、阳球体和钢球的应力分布和位移变化情况,计算结果与实测结果基本一致,对滚动球窝喷管的设计及其接触应力的计算具有一定的参考价值。     

炭/酚醛燃气舵烧蚀性能

选用梯形舵面、六边形翼型设计,以炭/酚醛复合材料为原材料制作了炭/酚醛燃气舵,用短时间工作的固体火箭发动机提供地面射流环境。采用光栅式三维扫描仪获取烧蚀前后舵面形貌,得到了舵面烧蚀量云图,研究了15°舵偏角炭/酚醛燃气舵在不同位置处的微观烧蚀形貌。研究结果表明,炭/酚醛燃气舵在工作结束后,前缘烧蚀量最大,约为(8±0.3)mm。0°舵偏角工况下,侧面烧蚀量较小,控制在0.2 mm以内。燃气舵发生偏转后,迎风面烧蚀量随着舵偏角的增大而增大,在20°舵偏角工况下,迎风面烧蚀量达到了0.8~1 mm;而背风面几乎不发生烧蚀现象。试验结果表明,炭/酚醛燃气舵能够在短时间内保证面烧蚀率要求的前提下正常工作。     

无喷管固体火箭发动机内弹道问题

关于无喷管固体火箭发动机,Price E.W.早在1954年就发表了理论探讨的文章。1960年由美国NASA资助,开始做7英寸发动机的实验研究。研究结果表明,无喷管发动机的性能是可以预计的,能达到相当高的水平。它结构简单,经济效益也很好。目前.无喷管发动机主要用于小型火箭或大发动机的点火发动机上。从1976年开始美国还将它用到组合式火箭——冲压发动机的预先研究工作中去[2]。美国几种无喷管火箭的性能列于表1、2和图1[3]。无喷管火箭发动机的研究,有理论价值,也有实用意义。     

美国航天飞机主发动机的研制

一、发动机的设计特点航天飞机主发动机具有与一般液体火箭发动机不同的若干特点。发动机采用高压补燃循环系统。高压涡轮排出的富氢气体导入主燃烧室,充分燃烧后成为热燃气自喷管排     

俄罗斯三组元发动机在单级入轨(SSTO)中的应用

本文研究了RD-704三组元发动机在SSTO中的应用问题,对固定位置喷管和双位置喷管发动机进行了分析。使用POST(弹道优化计算软件)进行了弹道优化设计,并采用CONSIZ(质量尺寸软件包)确定了火箭的尺寸。数据分析结果表明,当模式1中氢流量占总流量的6％,模式2中膨胀比分别取为70和115,混合比取为6时,采用双位置喷管发动机的火箭干质量最小。尽管如此,采用最佳设计的双位置喷管的火箭干质量仍比采用固定位置喷管时为大。     

珠承全轴摆动喷管的设计和分析

介绍了固体火箭发动机推力向量控制珠承全轴摆动喷管的结构方案和结构分析,论述了珠承接头的设计计算方法,评述了珠承全轴摆动喷管的优缺点和在固体火箭发动机上的应用前景.     

喷管性能计算的软件实现

基于化学平衡和化学动力学理论，用C^ 和FORTRAN编写了液体火箭发动机喷管性能一维计算软件，软件建立了相关的推进剂数据和化学反应数据库，使计算很简便，针对某型号发动机进行计算，得到了特定条件下发动机的性能参数和化学动力学损失等。