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。     

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。     

固体火箭发动机装药设计的一种燃面推移方法研究

固体火箭发动机装药设计是固体火箭发动机设计的核心内容之一,找到一种针对复杂三维装药的通用燃面推移计算方法具有重要的工程应用价值。研究使用UG NX二次开发平台工具SNAP和Block UIStyler编写装药设计建模程序,并采用射线摇摆旋转相交法(IRSR)进行装药表面离散;然后,依照几何燃烧定律用C++编写与一维内弹道耦合的装药燃面推移计算程序,得到装药在整个燃烧过程中的内流场参数变化情况。该计算程序以链表为基础结构交织成网状数据结构来管理装药燃面的离散点信息,并配以相应的面积计算方法,在指定步长的迭代计算过程中,可判定识别并处理点奇异、点过密或者过稀、面交汇的情况,避免计算失真。结果表明,此基于燃面推移的设计方法可准确捕捉装药燃烧过程中的复杂拓扑结构变化,与实际情况吻合较好,适用于非槽平端单通道装药或者实心装药。     

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.     

固体火箭发动机无损检测技术进展评述

前言在国外,固体火箭发动机无损检测技术一直是非常受重视的。美国六十年代中期相继研究了射线、超声等常规方法,也发展了声发射、微波和红外等新技术,应用于固体发动机的质量控制和产品检验,它的进展相当迅速。1978年以后,由于电子计算机日益普及,X射线实时显象系统和计算机断层成象技术已在大型固体发动机无损检测方面得到实际应用。下面就固体火箭发动机无损检测(NDT)技术进展做一简要综合介绍,着重评述计算机断层成象(CT)技术的发展动向。     

做好性能预示保证装药加工质量

性能预示是通过少量的材料和较短的周期预示装药的性能,选择合适参数,使生产出的固体火箭发动机内弹道性能符合要求。通过实践巳收到良好效果,这是保证各种固体火箭发动机装药加工质量的重要措施。     

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.     

高能X射线对固体推进剂性能的影响

本文介绍了在固体火箭发动机高能X射线无损检测中,固体推进剂接受射线剂量的理论估算和实验测定,以及对丁羟、丁羧及聚硫三种系列推进剂受高能X射线照射后其然速、抗拉强度、延伸率等性能变化的实验研究。     

固体火箭发动机射线检测仿真系统

针对固体火箭发动机,尤其是在其新型号产品的高能X射线照相检测中,缺少先验知识,工艺参数的确定和优化需要通过系列试验,时间长、花费大等问题,研究了固体火箭发动机X射线检测仿真系统。根据实际X射线检测物理系统建立了X射线源仿真模型、固体火箭发动机模型、胶片仿真模型,重点研究了基于STL样本模型的非点光源与多能谱投影的成像算法,其中针对求交速度问题提出了三维空间投影约束方法,并利用GPU并行技术实现了硬件加速,该方案相对于CPU投影计算有500～1000倍左右的加速比。实验结果表明,仿真投影与实际检测胶片影像结构性完全吻合,在10 GY剂量条件下仿真胶片与实际胶片测量黑度值曲线的趋势和数值范围吻合,黑度最大差值0.23。该系统能够应用于实际工程,为优化检测工艺参数和确定最佳检测方案提供技术支撑。     

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。     

液体火箭发动机替代固体捆绑式火箭发动机助推器研究

本文将讨论应用简单的挤压式液体火箭发动机助推器替代现有固体捆绑火箭发动机的可能性,并且探讨如何制造同固体火箭发动机相同经济效益的火箭发动机,而不出现固体火箭发动机的安全和操作缺限。固体火箭发动机经济效益好并被广泛使用。但是它表现出明显的安全和操作缺限,用现有经费模型探讨固体火箭发动机的经济效益,并说明其原因。为此促使我们比较分析简单的挤压液体火箭发动机级,此液体火箭发动机级采用固体火箭发动机有相同经济效益的烧蚀冷却液体火箭发动机。本研究所选择的液体推进剂是过氧化氢和煤油,它具有可与固体火箭发动机相竞争的经济和性能特性。研究表明没有实际的液体推进剂组合可以获得固体火箭发动机那样的的密度比冲,应用过氧化氢和煤油的液体火箭系统是现有或未来运载火箭增加推力的一种经济的方案。     

固体火箭发动机撞击靶板安全性数值分析

为研究固体火箭发动机撞击安全性,建立了固体火箭发动机撞击靶板的计算模型,模型中发动机的推进剂装药采用点火增长反应速率方程.采用非线性有限元流体动力学方法,对发动机径向撞击靶板过程进行了数值模拟,分析了不同撞击速度下发动机中推进剂装药的反应情况.计算结果表明,发动机径向撞击靶板爆炸的临界速度范围为150～200 m/s;低强度多次撞击过程中推进剂会发生延迟爆轰情况.     

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     

一种新型组合树突形装药设计分析

提出了一种由星形装药的星角与车轮形装药的辐条交替排列组合而成的新型组合树突形装药。该装药有10个可控结构参数,根据星角与辐条组合搭配的不同,可划分为5种组合类型。导出了该装药不同组合类型下的燃烧周长与通气面积随燃烧肉厚的计算公式;分析了星形和车轮形装药与新型组合树突形装药装填分数的大小关系。实际计算得到燃烧周长与通气面积随着燃烧肉厚的变化曲线。结果表明,新型组合树突形装药是固体火箭发动机的一种特殊装药形式,在初始燃烧面积与相同结构参数大小相等的情况下,比星形和车轮形装药有更大的装填分数;比星形和车轮形装药有更多可调参数,容易获得相对稳定的燃烧面积,可适应更多的内弹道特性需求。新型组合树突形装药为固体火箭发动机的工程设计提供了更多的灵活性。     

固体火箭发动机装药不确定性优化设计

介绍了不确定性优化设计思想和方法,考虑装药优化设计过程中推进剂性能参数不确定性,开展了固体火箭发动机装药不确定性优化设计研究。采用Powell方法和并行遗传算法组成的混合优化方法,提高了优化问题求解的效率和质量;采用Taylor级数一阶展开近似计算性能参数的均值和均方差,通过可靠性指数计算满足约束条件成功的概率。与确定性优化设计结果相比,不确定性优化设计结果更可靠、更稳健,为固体火箭发动机总体方案设计提供了更好的方法和手段。     

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。     

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。     

《固体火箭技术》专刊征稿启事

正为了全面展示固体动力技术领域的新成果、把握专业技术未来发展的新方向,作为我国该领域的专业学术交流平台,本刊编辑部特发起"固体火箭发动机技术研究新进展及未来新设想"、"固体推进剂及装药工艺新技术"和"航天特种及新概念推进动力系统"三个主题的专刊(正刊)征稿活动,欢迎广大科研人员踊跃投稿。一、"固体火箭发动机技术研究新进展及未来新设想"专刊征文范围(1)固体推进技术发展的新思路、新技术、新途径;(2)固体火箭发动机在航天工程的重大进展及其发展状况;     

锥柱形装药旋转火箭发动机的零维内弹道计算

介绍了锥柱形装药的旋转固体火箭发动机的零维内弹道计算方法.计算结果与旋转试验结果吻合较好,两种结果均表明锥柱形装药呈现较大的加速度场效应.