稳健优化设计及其在固体火箭发动机装药设计中的应用

为了提高固体火箭发动机在干扰因素作用下的性能精度,将稳健优化设计方法引入固体火箭发动机装药设计中。首先介绍了稳健优化设计的基本概念和设计流程,通过装药设计实例分析了稳健优化设计特点及适用性。结果表明,稳健优化设计既可较好地保证设计约束的可行稳健性,又可降低发动机性能在随机因素作用下的散布范围。为解决固体火箭发动机推力不平衡问题提供了很好的解决方法。     

旋转固体火箭发动机内弹道理论与实验研究

本文系统地总结了我们在旋转固体火箭发动机内弹道理论与实验研究方面的某些成果，其中包括含铝丁羟推进剂的试片实验和装药发动机实验以及燃速敏感性预示和内弹道预示，得出了一些有益的结论，可供发动机设计及推进剂配方设计参考。     

高压强固体火箭发动机性能/成本优化设计

建立了翼柱形装药固体火箭发动机在高工作压强下的性能、成本计算模型。采用混合编码遗传算法进行了性能/成本优化设计。所得优化设计结果表明,按费用优化设计技术可行,可为高压强固体火箭发动机方案设计提供依据。     

基于阶梯多根装药的固体火箭发动机内弹道设计方法研究

对于大长径比的固体火箭发动机,采用阶梯多根装药结构设计,可以增加推进剂的燃烧面积,提高发动机的做功效率。针对两段阶梯多根装药结构设计方案,总结出了固体火箭发动机内弹道设计方法;并以某工程项目为背景,完成了火箭发动机的结构设计及装药结构设计,给出了两段阶梯的装药结构、点火药装填方式以及燃烧室和喉部结构尺寸;进行了试验验证分析,表明固体火箭发动机的设计方案完全达到了设计指标要求。在膛压不大于16.8 MPa的情况下,实现了最大推力251.5 k N,持续推力168.7 k N,总冲量大于160 k N·s,工作时间小于900 ms,点火正常,膛内压力稳定。证明了内弹道设计方法的有效性,为阶梯多根装药火箭发动机的总体结构设计和装药结构设计以及开展性能研究工作提供了重要的试验依据。     

固体火箭发动机点火过程内流场的二维预示

本文对固体火箭发动机点火过程的内场流进行了二维无粘非定常分析，计算得到了该阶段燃烧室中压强，温度和速度的分布。本文还提出了以近似预示复杂三维装药发动机内流场的有效积法。     

远程机动导弹固体火箭发动机总体性能优化设计

本文介绍针对某一远程机动导弹固体火箭发动机建立的优化设计数学模型.运用该数学模型成功地进行了七个设计变量的寻优计算,所得优化方案与原方案比较,发动机性能得到了明显的提高.该数学模型把热力计算、装药设计、内弹道设计,药柱结构完整性分析、壳体结构可靠性与发动机性能优化联系起来,因此,它是一个较为完整的固体火箭发动机性能优化数学模型.     

固体火箭发动机的优化设计

为了加大射程,有必要对固体火箭发动机装药用计算机进行优化设计.根据最典型的指标要求(恒推力、定总冲)和约束条件(外圆直径受限),对固体火箭发动机装药的优化设计进行了讨论.以套筒型装药和两级式单孔管状药为例,介绍了计算机进行优化设计的方法和步骤,给出了程序框图.该方法程序简单,实用性强,但不适用于变推力的固体火箭发动机.     

基于焓平衡法的固体燃料冲压发动机燃速预示模型

修正了固液混合火箭的固体燃料燃面退移速率预示模型中对流换热和汽化热的计算,将其用于固体燃料冲压发动机中,考虑了固体燃料冲压发动机中来流空气总温及装药长度的影响。编写了固体燃料冲压发动机燃面退移速率预示程序。计算结果表明,当来流空气总温大于450 K时,计算误差的平均值不超过6.55%,所完善的模型的计算结果与试验值吻合很好,该模型能准确预示固体燃料冲压发动机中燃面退移速率;燃面退移速率与装药长度的-0.23次方成正比。     

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。     

自由装填固体火箭发动机的快烤响应特性试验

针对一种自由装填固体火箭发动机的快烤响应特性进行了试验研究,搭建了固体火箭发动机的快烤试验平台,进行了自由装填固体火箭发动机的快烤试验,并对被试发动机的快烤试验过程和试验结果进行了分析。通过被试发动机快烤试验过程的分析,获得了被试发动机的分阶响应特性和各阶段的响应时间。结果表明,被试发动机的响应过程可划分为两次响应和三个阶段,两次响应分别为发动机点火和发动机解体,三个阶段依次为温度建立阶段、第一响应阶段和第二响应阶段。通过对被试发动机的解体过程和剩余装药残骸的分析,获得被试发动机的解体机理。结果表明,在外部加热的持续作用下,装药头部的推进剂来不及燃烧,在自分解作用下发生了装药结构破坏并点燃,导致装药燃面增大,发动机压强上升,最终导致发动机解体。     

固体火箭自动化设计初步研究

概述了固体火箭自动化设计基本思想，介绍了AutoCAD二次开发系统，通过对探空火箭外形及某些典型固体火箭发动机药型参数化设计，阐述了实现固体火箭参数化设计的基本过程，为实现固体火箭外形和装药自动化、一体化设计奠定了基础。     

航天丛书固体火箭推进专卷编写工作进展顺利

由航空航天部四院主编的航天丛书《固体火箭推进》专卷,已进入收稿时期。该专卷包括四本书:固体火箭发动机设计与研究(上下册),复合推进剂研究与装药工艺,固体发动机材料工艺,固体发动机测试与试验技术。     

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.     

艇载振动载荷下固体发动机装药有限元分析

潜艇在执行战备值班任务时,艇载固体火箭发动机要遭受复杂环境引起的随机振动载荷作用。在振动载荷长期作用下,会引起固体发动机疲劳损伤导致性能下降。以某固体火箭发动机为例,计算了艇载振动载荷作用下发动机装药的应力应变分布。通过分析计算结果,选取了容易出现问题的两条路径和一个截面,并根据Mises应力和最大剪切应力两种准则,确定了发动机药柱三个危险部位。计算得到了危险部位Mises应力和剪切应力随时间变化曲线。利用雨流计数法对危险点A的Mises应力和危险点C的剪应力循环进行了研究。研究表明,艇载固体发动机装药不可能由于瞬时受力超过极限临界值而发生破坏,振动载荷长期作用下会导致发动机装药累积损伤。危险部位的加载应力循环幅值大多数集中在小应力幅值对应区域。     

固体火箭发动机性能预示

编制了固体火箭发动机性能预示软件，以美国的ＡＩＭ发动机和法国的ＳＥＰ发动机为例进行了比冲预示，并与美、英、法、德、意等国软件的达到了国外同等水平的预示精度，可用于导弹总体设计、发动机优化设计。     

战术火箭/固体火箭发动机一体化优化设计

在综合考虑发动机内弹道性能与火箭外弹道关系的情况下，融内外弹道为一体，系统分析了发动机装药参数，燃烧室设计参数、喷管设计参数、尾翼参数对发动机性能及全弹性能的影响，针对远程战术火箭，建立了火箭总体／固体火箭发动机一体化优化的模型。在所建模型基础上，以火箭弹总体性能最佳目标，对总体和发动机设计参数以及药柱几何参数同时进行优选，完成了九个变量的寻优计算，取得了满意结果。     

航天飞机的固体助推器

航天飞机每次飞行时用两个固体火箭助推器提供初始爬升推力,使航天飞机与它的有效载荷从发射台上升到约44公里的高度。发射前,整个航天飞机重量由两个助推器支撑。助推器由固体火箭发动机、支承桁架、推力向量控制系统、分离装置、回收系统、电器与仪表六个分系统组成,全长48.5米,直径3.7米。每个助推器的核心部份是发动机,它是迄今已飞行的最大的固体火箭发动机,而且首次设计成为重复使用的。发动机由11段焊接成四个装药段,装药段在制造厂就地浇注推进     

固体火箭发动机的比冲预示

固体火箭发动机的实际比冲预示已有许多计算方法.然而对空—空导弹这类小型发动机,用这些计算方法,均不能准确地预示其发动机的实际比冲。本文在收集国内外大量发动机试验数据的基础上,编制了计算程序,得到发动机实际比冲计算的通用公式。用该式预示的发动机比冲与其试验比冲相比较表明,准确度较高,相对误差在3％以内,可用于固体火箭发动机,尤其适合于空—空导弹小型发动机的实际比冲预示。     

液体火箭发动机涡轮火药燃气供应系统性能研究

采用变燃面装药固体火箭发动机的“瞬时压强平衡法”和流量平衡的关系式,较准确地对涡轮喷嘴前火药燃气性能进行了计算,得到了涡轮喷嘴前火药燃气性能的各种参数,这些参数有助于对涡轮起动性能和发动机加速性的研究。     

单室双推力固体火箭发动机装药

从理论上分析了单室双推力固体火箭发动机产生两级推力的机理.给出了在喷管膨胀比不变的条件下,采用改变燃烧面积和改变推进剂燃烧速度的方法设计出的若干种斗室双推力固体火箭发动机的装药型式.扼要介绍了单室双推力固体火箭发动机近年来应用新技术、新材料和新工艺的情况.