微重力下热薄材料燃烧特性的窄通道实验研究

利用高度分别为10 mm,12 mm和14 mm的水平窄通道对微重力环境下热薄材料表面的火焰传     

模拟发动机火焰传播过程试验研究

固体发动机火焰传播过程对发动机整个点火升压过程有着潜在的影响.利用靶线法对模拟发动机在不同点火强度、不同点火燃气射流角度和不同药柱结构条件下进行火焰传播试验研究,并对火焰传播位置、火焰峰传播速度进行了分析.结果发现,燃气倾斜喷射导致的火焰峰传播速度大于燃气平行喷射下的火焰峰传播速度；翼槽型装药发动机的火焰峰传播速度大于...     

燃烧条件下自燃推进剂的雾场及火焰实验研究

为研究双组元自燃推进剂喷雾燃烧的特点,在单互击式喷嘴矩形燃烧室内开展了一甲基肼/四氧化二氮(MMH/NTO)推进剂喷雾燃烧过程可视化实验,采用高速相机直接拍摄并获得了MMH/NTO的火焰自然发光图像,采用高速相机及光源后置消光法拍摄并获得了燃烧条件下MMH/NTO撞击后的雾场图像。通过实验得到了以下结论:燃烧条件下,MMH/NTO液相主要集中在喷注面附近的喷射雾化区,其面积随燃料射流速度增大而增大;MMH/NTO着火点距离喷注面距离及着火过程的火焰传播速度随推进剂喷射速度增加而增大;按自然发光亮度划分,MMH/NTO火焰分为外层火焰、内层火焰及焰心,焰心亮度最高,其面积随燃料喷射速度增加先减小后增大;MMH/NTO反应长度及火焰张角随燃料喷射速度增加而增大,与喷射雾化区随燃料喷射速度的变化趋势一致。     

具有潜入式喷管的翼柱形药柱发动机火焰传播过程研究

对潜入和非潜入式喷管的翼柱形药柱发动机点火瞬态过程进行了数值仿真研究,采用修改源项法模拟推进剂燃烧加质,并分析了不同深度、不同宽度的翼槽结构对翼槽区域火焰传播的影响。发现潜入喷管的存在、不同深度、不同宽度的翼槽结构影响火焰传播方式;潜入喷管的存在导致火焰峰连续向翼槽底部及尾部区域传播;尾部翼槽较深时,尾部翼槽尾部尖角处首先点燃,然后火焰峰自尾部翼槽前部与翼槽尖角处同时向翼槽底部传播。尾部翼槽宽度较宽,火焰峰传播速度越快;尾部翼槽深度越深,火焰峰传播速度越慢。     

喷管对连续旋转爆轰发动机性能影响数值研究

为研究尾喷管构型对连续旋转爆轰发动机性能的影响,采用内径40 mm,外径60 mm,长度50 mm的环形燃烧室,空气为氧化剂,氢气为燃料,对安装等直喷管、收敛喷管、扩张喷管和拉瓦尔喷管的连续旋转爆轰发动机的内外流场进行数值模拟。获得了不同尾喷管条件下爆轰波的传播特性和流场结构,分析了喷管构型对发动机内外流场结构和推进性能的影响。计算结果表明,不同尾喷管条件下,燃烧室内均能形成稳定传播的爆轰波;与等直喷管相比,收敛喷管和拉瓦尔喷管对燃烧室内的爆轰波的压力和传播速度具有明显提升作用,但波头高度则明显降低,安装扩张喷管条件爆轰波压力和传播速度略微有所降低,波头高度却增加。收敛喷管和拉瓦尔喷管对发动机尾部火焰具有一定的约束作用;在给定的发动机模型下,收敛喷管对发动机的推力性能提升最为显著,其推力和比冲分别为259.4 N和120.3 s,扩张喷管则降低了发动机的推力性能。     

乙烯-氧化亚氮层流预混燃烧过程研究

采用PREMIX模块模拟乙烯-氧化亚氮(C_2H_4-N_2O)预混体系在0. 1～1. 5 MPa下层流火焰传播速度,得到不同压力和氧/燃比下乙烯-氧化亚氮体系的火焰传播速度、火焰温度和燃烧质量流率变化。同时,采用层流火焰传播测试仪器对乙烯-氧化亚氮预混体系的层流火焰传播速度进行实际测定,通过对比火焰传播速度的测量值与计算值,验证选用模型的准确性和计算方法的可靠性。试验结果表明:所选用的USC机理模型可适应于研究预混气体层流火焰燃烧计算,当量比等于1. 18,压力0. 1 MPa时层流火焰传播速度达到最大值;当量比等于1. 18,压力1. 5 MPa时层流质量燃烧流量达到最大值;当量比为1. 35,压力1. 5 MPa时层流火焰达温度到最大值。     

微重力条件下上面级贮箱液体推进剂自由界面变形数值模拟研究

上面级在滑行期间经历微重力环境,其贮箱内的液体推进剂若管理失当,将影响主发动机的再次启动。文章采用流体体积法对微重力条件下某上面级液氧贮箱内自由界面变形问题进行数值模拟,并与理论分析值进行对比。研究结果表明,数值模拟计算得到的液体爬升高度和表面张力波传播速度与流体力学理论符合较好,证明该方法能够预示微重力条件下上面级液氧贮箱内的流体运动特性,可为后续上面级推进剂管理技术方案的制定及相关试验验证提供参考。     

蒸发式火焰稳定器冷态流场计算

采用k-ε模型对二元管道中的蒸发式火焰稳定器冷态流场进行了数值模拟,研究了稳定器几何参数对回流区结构的影响,结果表明槽宽是影响回流区特性的主要因素,槽宽增大,回流区增长,但总压损失增大,而且稳定器边缘速度增大,不利于火焰稳定,所以应选择合适的槽宽使稳定器性能最佳。     

6082铝合金控制臂模锻模拟研究

利用DEFORM-3D数值模拟软件模拟模锻过程,对模锻模具进行优化设计。在不同模锻速度、摩擦系数下进行模锻数值模拟。结果表明随模锻速度的增加,终锻温度越来越高;随模锻速度的增加,模锻成形力不断升高,但变化不大;模锻成形力随摩擦系数的增大而增大,但只对模具型腔的最后填充阶段及打靠阶段影响显著。     

不同密度比球体入水空泡流体动力特性研究

基于实验与数值计算相结合的方法,针对不同密度比的疏水性球体开展了垂直入水空泡形态及水下流体动力特性研究。建立了基于高速摄像法的小型航行体入水实验系统,并进行了入水空泡高速录像观察。基于VOF方法和动网格技术建立了考虑表面润湿性的回转体入水数值模拟方法。通过与实验结果对比,验证了数值方法的准确性和有效性。基于对实验与数值结果的分析,总结了疏水性球体的入水空泡及水冠发展随密度比与入水冲击速度的变化规律,对比了不同密度比球体在水下空泡夹断前后的流体动力系数。结果表明:随着入水冲击速度的增加,球体动能加大,入水空泡和水冠尺度增大,并从准静态闭合空泡逐渐发展为深闭合及面闭合空泡,临界速度随着密度比的增加而减小。此外,空泡夹断后会形成上下两股高速射流,射流的进一步运动加速了水面及球体附近空泡的溃灭。在流体动力特性方面,球体带空泡航行阶段的时均流体动力系数随密度比的增加而减小,而随入水冲击速度的变化较小,同时空泡夹断会造成流体动力较大波动。     

The properties of alamethicin incorporated into planar lipid bilayers under the influence of microgravity.

During evolution, life on earth had adapted to the gravity of 1g. Due to space flight, in the last decades the question arose what happens to the brain under microgravity on the molecular level. Ion channels among others are the molecular basis of brain function. Therefore, the investigation of ion channel function under microgravity seems to be a promising approach to gather knowledge on brain function during space flight. In a first step, the ion channel forming peptide Alamethicin was used as a model channel in an artificial membrane. It is well suitable for this kind of investigation, since its properties are well described under standard gravity. For that reason, changes due to microgravity can be detected easily. All experiments were performed in the German drop tower at ZARM-FAB, Bremen. A special set-up was constructed based on the bilayer technique introduced by Mueller and Rudin. All functions of this set-up can be observed and controlled remotely. In the first set of experiments, a dramatic change of electrical properties of Alamethicin under microgravity could be observed. Mainly, the pore frequency is significantly reduced.     

运载火箭贮箱增压消能器性能仿真与结构方案分析

为了更好地认识液体火箭贮箱增压消能器的工作过程，为消能器的结构方案设计提供支撑，针对典型的锥型和直筒型消能器的结构形式建立仿真模型，使用稳态方法仿真得到气体在消能器内的流场分布情况和消能器内部结构对压力损失和减速效果的影响。根据仿真结果给出消能器结构方案并进行试验，通过试验结果验证了仿真结果的准确性。结果表明：锥型和直筒型消能器的第一层节流结构是造成压力损失的主要部件；对于直筒型消能器，数值仿真的压降大小与试验结果的相对误差为6.3%；入口高速气流直接流经第一层节流结构比先经过扩容再流过第一层节流结构造成的压力损失更大；直筒型消能器的出口面积利用率随着均流筛网距离的增加有着先增加后减小的特点；样条曲线样式的导流锥能提高消能器的出口面积利用率。对贮箱增压消能器内部流场的数值仿真可以为消能器结构设计提供重要依据。     

表面张力贮箱的微重力实验验证--静平衡与重定位

新研制的表面张力贮箱保证在微重力或无重力环境下、在任何时候都能向系统提供不含气的推进剂，因而需要确定液体的空间分布以及在给定微重力加速度下的重定位过程，以便为贮箱的设计提供依据。为此，按照相似理论用缩比模型进行了一系列微重力落塔实验，然后根据测定的重定位时间计算出原型表面张力贮箱的重定位时间。     

航天飞行器防热部件烧蚀行为的数值模拟

对航天飞行器防热部件在氧－煤油发动机火焰喷吹下的烧蚀行为进行了有限元数值模拟。利用“杀死”单元的方法建立防热部件瞬态温度场的有限元模型，实现了烧蚀边界的退缩，从而完成了对烧蚀尺寸变化的定量描述。烧蚀开始于4．59s，到12s时线烧蚀量为1．47mm。计算结果与试验的实测结果一致。     

小行星星壤低速侵入过程力学响应的实验研究

为研究小行星星壤在低速侵入过程中的力学响应,利用落塔实验舱构建微重力环境,制备典型的无黏性星壤模拟物,利用恒速加载方式模拟采样器等装置侵入星壤的过程,测量了模拟物的承载强度和边界应力随沉降深度的变化,并记录了模拟物表面形貌的变化过程。实验结果表明,微重力下星壤的承载能力较地球重力环境下大大降低,其响应特性更接近于流体,且与侵入速度、星壤孔隙率、颗粒粒径级配、侵入体尺寸等因素相关联。实验结果可为小行星表面着陆和采样装置的设计与验证提供重要数据支撑。     

不同重力环境下空间机构电机驱动力差异

为了分析空间机构在不同重力环境中的驱动力差异，以单关节机械臂为研究对象，进行不同重力环境下直流电机驱动力差异分析。首先基于拉格朗日方程推导出单关节机械臂的动力学模型，为分析不同重力环境下，负载、摩擦和转速的变化对电机驱动力的影响，通过设计一套基于单关节驱动的机械臂试验装置，进行地面重力环境、地面模拟微重力环境和落塔微重力环境试验。然后基于试验数据详细分析了不同重力环境下空间机构电机驱动电流的差异，并基于试验数据对电机动力学方程中的摩擦参数进行辨识，从而获得基于试验数据修正的机械臂动力学仿真模型，为空间机构动力学设计与应用提供理论与试验依据。     

贮箱内推进剂微重力下晃动的有限元模拟及试验

采用有限体积(VOF)法 任意拉格朗日．欧拉(ALE)法，建立分析液体火箭贮箱内推进剂大幅晃动的数学模型，给出了计算的基本方程。对常重力和低重力下不同形状贮箱内推进剂的非线性晃动进行了数值模拟，并用落塔法进行了微重力下贮箱内液体晃动试验。结果表明，数值模拟法与落体试验的结果相近，在工程上有一定的实用价值。     

Numerical simulation of circulation of the Titan’s atmosphere: Interpretation of measurements of the <Emphasis Type="Italic">Huygens</Emphasis> probe

The results of numerical simulation of the general circulation in the Titan’s atmosphere at heights from 0 to 250 km are presented, obtained using a new model based on numerical solution of complete equations of motion of viscous compressible gas at the temperature distribution given by an empirical model. The model uses no hydrostatic equation and, as compared with traditional models, has higher resolution in vertical and over horizon. The results presented differ from results of other models and agree with the vertical profile of the zonal component of wind velocity measured by the Huygens spacecraft. Interpretation of this profile is given, including its main peculiarity consisting in a nonmonotonic behavior at heights from 60 to 75 km.