富燃料膏体推进剂在燃烧喷头流动中的流-固-热耦合数值模拟

膏体冲压发动机燃烧喷头内存在流动、换热及热传导,是一个典型的流-固-热耦合问题。文中针对燃烧喷头耦合问题进行了数值模拟,得到了不同挤压压强、不同推进剂初温条件下,燃烧喷头的温度分布和喷头孔内的推进剂流动参数。计算结果表明,燃烧喷头温度的热传导对推进剂流量会产生较大影响,而燃烧喷头温度场分布与挤压压强、推进剂温度关系不大,同时燃烧喷头具有特定的稳定工作时间。     

膏体推进剂模拟液直圆管流动特性

管道流动特性研究对膏体推进剂供给系统设计具有重要意义.根据非牛顿流体幂律模型,在无壁滑移条件下,分别建立了膏体推进剂模拟液直圆管流动的理论及数值计算模型,并通过丁羟管道流动试验验证了理论模型的准确性.研究得到了膏体推进剂模拟液在直圆管中流动的压降随管径及入口速度变化的情况,并分析了压降的影响因素和幂律指数对管内流速曲线的影响.结果表明,膏体推进剂模拟液在直圆管中压降随管径增大而减小,随入口速度增大而增大.     

膏体推进剂直圆管流动的壁滑移修正

膏体推进剂模拟液管道流动试验结果表明,壁滑移对流动曲线影响较大.通过对多组试验曲线进行适当拟合处理,得到了壁滑移修正系数,并由此推导了滑移流量增量和含壁滑移效应的广义雷诺数.结果表明,修正后的膏体推进剂模拟液流动参数与旋转流变仪测试结果接近,证实了所用修正方法的可靠性.同时,采用含壁滑移效应的广义雷诺数代替无壁滑移效应...     

凝胶推进剂直圆管流动特性探讨

分析了非牛顿流体的类型,认为在液体火箭发动机中有应用前景的凝胶推进剂类型应是有屈服应力的牛顿流体或者幂律流体,关键在于胶凝剂。研究了直圆管中凝胶推进剂的流动特性,依据剪切速率可以将凝胶推进剂在直圆管中的流动分为三个区域。在第二流动区中,可以用幂律流体推导的流阻方程计算管路流阻;在第三流动区,可以近似用牛顿流体流阻方程计算流阻。     

膏体富燃料推进剂配方研究

研究了可用于双射程冲压发动机的膏体富燃料推进剂。结果表明,以PEPA/EG为粘合剂、无定型硼粉为燃料添加剂时,推进剂的实测热值可达28.7 M J/kg。使用经表面处理的无定型硼粉,加入量可在40%以上。膏体富燃料推进剂具有剪切变稀的性质,其流动指数和稠度系数随温度的上升呈下降趋势。配方的低压可燃极限为0.2~0.3 MPa,燃速r0.5MPa>12 mm/s,压强指数约为0.43。     

PEPA/AP膏体推进剂配方研究

开展了PEPA／AP型膏体推进剂配方研究。结果表明，PEPA／AP膏体推进剂的流变行为遵循Ostwalld幂定律，通过增稠剂种类和含量的改变可有效调节膏体推进剂的流变参数，增调剂NJ－4可使膏体推进剂具有良好的稳定性并保持稳定的流动性。燃烧调节剂FC－1能有效改善配方的点火和燃烧性能，拓宽了燃速范围（6．86MPa下，燃速15mm/s指高到15mm/s以上），显著降低了燃速压强指数（2．94－8．83MPa下，压强指数由0．71降至0．4）。     

屈服假塑性凝胶模拟液直圆管流变和流动特性分析

通过理论分析和试验研究,进行了某型凝胶模拟液在直圆管内的流变和流动特性研究。研究结果表明：该凝胶模拟液具有明显的屈服应力;由于屈服应力的作用,直圆管中心明显地分为剪切流动区和柱塞流动区,柱塞流动区半径与屈服应力成正比,与压力梯度成反比;当流量恒定时,沿程压降随屈服应力的增大而增大;当压力梯度保持不变时,流量随屈服应力的增大而减小。     

输送管壁温对膏体推进剂燃速的影响

膏体推进剂作为一种新型特种推进剂,具有广阔的应用前景。膏体推进剂燃速直接影响发动机内弹道性能,研究输送管道壁温对推进剂燃速的影响具有重要意义。采用幂律本构方程表征膏体推进剂粘度,Arrhenius方程表征温度对粘度影响,并利用中心有限差分格式对控制方程进行离散。对恒定壁温下的膏体推进剂与管道间传热特性进行数值仿真,并进行了数值验证。结合仿真结果,并借鉴固体推进剂初温与燃速关系,分析了热管道内膏体推进剂燃速特性。结果表明：近壁面加热层厚度随入口速度增高而减小,随管径增大而增大,管内膏体推进剂平均燃速较入口温度条件下有所提高,同时,高温壁面条件下,近壁面推进剂温度高于爆发点,需要考虑管道内的防窜火措施。     

凝胶推进剂模拟液直圆管压降计算及误差分析

为了建立凝胶推进剂管路流动模型,分析了凝胶推进剂模拟液在直圆管内的流动特性,并对3种模拟液在第二和第三流动区内管路流阻的计算值与试验值进行了对比分析,结果表明：在第二流动区,用幂律流变方程推导的压降公式计算值与试验值有较好的一致性;在第三流动区,可以近似用牛顿流体压降公式计算管路流阻。此外还分析了压降的误差传播系数,结果表明流变指数和管径的误差传播系数最大。     

膏体推进剂点火和燃烧特性的实验研究

膏体推进剂的点火和燃烧特性是发动机设计的重要参数。本实验研究给出的PEPA／AP膏体推进荆自燃温度约为150℃，容易点燃；在工作压强大于0．6MPa时的燃烧临界直径小于1mm。在发动机工作状态下的燃速与静态燃速一致。预计该推进剂适合于多次起动的发动机。     

膏体冲压发动机构型对燃烧效率的影响研究

膏体冲压发动机是在膏体发动机和冲压发动机基础上提出的一种新型组合动力装置.探讨了膏体冲压发动机的多种构型.并对其反应流场进行了数值模拟和燃烧效率分析.结果表明,采用将膏体富燃料直接喷射到补燃室的方式燃烧效率较高;随着进气道轴向距离的增加,补燃室头部的燃烧效率有所降低;随着进气道夹角的增加,补燃室燃烧效率略有增加.     

膏体推进剂和固体推进剂药浆稳态燃烧研究

在固体推进剂ＢＤＰ燃烧模型基础上，引入膏体推进剂燃烧效应这一新参数将模型推广于膏体推进剂和固体推进剂药浆燃烧研究，模型考虑了氧化剂粒度分布，组分配比，催化剂性有和膏体推进剂燃烧热效应等对燃速的影响，以及药浆固化有前后燃速差别，还有靶线法测量了某批次复合推进剂药浆固化前后燃速变化，论文结果可用于膏体推进剂的配方和性能预测，以及利用药浆燃速预示固化后推进剂燃速，监控固体推进剂制造质量。     

非化学平衡条件下膏体富燃料推进剂的热力计算

膏体富燃料推进剂一次燃烧处于非平衡条件下,本文建立了非平衡条件下热力计算的理论模型以及不同热力学状态下求解平衡组分和燃烧温度的控制方程组。对给定配方的膏体富燃料推进剂在非平衡条件下的燃烧温度进行了计算,并对本文采用的方法进行了验证,证明是可行的。     

高室压脉冲推力器设计与实验研究

为了检验高室压脉冲推力器的设计并掌握液体N2O／酒精推进剂的点火燃烧规律,进行了实验研究。可移动喷注器的动密封采用O型圈结构,推进剂的流动通道既能保证充填时推进剂的流通,又能保证挤压时不会有回流。冷试结果表明密封效果良好。测定了系统的热试时序,实现了稳态条件下的点火燃烧,燃烧室压力为2．58MPa。由于液体N2O的饱和蒸汽压较高,容易蒸发,积存在燃烧室内的蒸气造成点火压力峰比较高。     

主动式活塞凝胶流量标准装置的建立

凝胶推进剂是一种非牛顿粘弹性流体,具有粘度高、压力触变性等特点,在发动机实际试车中采用了科氏力质量流量计对凝胶推进剂在实际管路中的流量进行测量。西安航天计量测试研究所结合凝胶推进剂本身的压力触变特性,对凝胶流量计的校准进行了深入地研究。基于主动式活塞液体流量标准装置的结构,通过增设加压/泄压装置,加装在线密度计,设计了一套针对火箭发动机凝胶流量计的标准装置。该装置可以充分模拟凝胶流量计的实际使用工况,实现凝胶流量计的实流模拟校准,进而提高了瞬态流量的测量准确度。本套凝胶流量标准装置具有流量稳定、重复性好及测量范围大等特点,其质量流量测量范围为19.44~3 611 g/s,完全满足我国航天发动机在实际热试车和高空模拟试车中对凝胶推进剂质量流量测量的要求。     

滑行段低温推进剂流动及换热特性对气枕压力的影响研究

运载火箭在飞行过程中需要进行姿态调整以满足入轨要求,贮箱内推进剂在外界干扰力的作用下将发生晃动,由此引入了诸如气液接触面积、蒸发、冷凝过程及推进剂流动变化等不确定影响因素。实际飞行过程尤其是进入滑行段的初始推进剂晃动对贮箱内气枕压力及推进剂流动行为具有重要影响。在调研国内外运载火箭末级飞行过程中低温贮箱压力及推进剂流动特性的基础上,建立仿真模型,采用流体体积函数方法(VOF)分析滑行段推进剂流动特性变化对贮箱气枕压力的影响。     

不稳定燃烧抑制剂对RDX—CMDB浇注推进剂的影响

对五种物质组成的七种单一或复合不稳定燃烧抑制剂在ＲＤＸ－ＣＭＤＢ（黑索今－复合改性双基）浇注推进剂中应用了研究，发现其中白刚玉（Ａｌ２Ｏ３）和ＳｉＣ对不稳定燃烧的抑制效果较佳。其加入方式和加入量地共不稳定燃烧抑制作用有较大的影响。当白刚 粒度与推进剂中燃烧催化剂的粒度相当时，其粒度变化对剂燃烧性能的影响较明显。且与其在螺压、粒铸推进剂中规律相似，即粒度减小，推进剂燃速增大。