微波等离子推力器等离子体形成及其与微波耦合机理分析

微波等离子推力器（MPT）的最大优点是微波在谐振腔内放电使工质形成悬浮的等离子体，没有是极的烧蚀与寿命问题。文中计算了MPT谐振腔内氦气工质击穿场强与腔内气压的关系，结合实验现象及参数调节分析了微波等离子推力器等离子体形成的基本物理过程及影响等离子体稳定的因素、等离子体与微波耦合的机理等，为建立微波、等离子体、流场间的耦合计算模型奠定了基础。     

开槽管形装药（减面形）的设计与应用研究

根据一种火箭的固体发动机的要求，研究了开槽管形装药（减面形）的设计方法，并对减面形开槽管形药柱的槽数、槽长对燃面变化的影响进行了研究，提出了划分燃面变化阶层的依据。经性能试验和飞行试验证明，这种开槽管形装药（减面形）设计是正确的。     

基于等效理论的RQL燃烧室掺混特性研究

采用RNG k-ε湍流模型对RQL（rich—burn／quick—quench／lean—burn）燃烧室内气流的掺混过程进行了数值模拟,运用等效思想,通过对混合流场内部温度、近壁区温度以及出口温度的分析,讨论不同掺混角度和掺混射流速度对RQL燃烧室混合特性的影响,进而了解RQL燃烧室工作时热流流场的结构状况。研究结果表明,不同的掺混气流入射角度和速度,对RQL燃烧室内气流掺混的高温区位置、壁面温度以及出口温度分布的影响明显。     

0.1 kW微波等离子体推力器的试验与数值研究

主要对0.1 kW微波等离子体推力器进行了地面试验和数值模拟研究。试验研究分析了影响推力器效率的因素;数值研究通过采用SIMPLE方法求解了N-S方程和采用FDTD方法求解了M axwell方程,分析了影响谐振腔内等离子体参数的因素。结果表明,微波功率、工质种类和质量流率是影响谐振腔效率的主要因素,而等离子体参数则主要受微波功率的影响。     

重力对载人航天器密封舱内空气对流换热影响的数值分析

地面重力环境中进行航天器密封舱内空气通风换热试验时,由于自然对流的存在导致换热量和温度分布与空间微重力环境中的情况存在偏差。文章针对航天器密封舱,建立了舱内空气对流换热的数值模型,利用数值模拟软件对有无重力时典型工况下的对流换热进行了数值模拟及模拟结果的对比分析。分析表明重力对壁面换热量的影响较大,而对空气温度及分布的影响较小;且重力的影响随空气与壁面温差的增大而增大,随通风流量的增大而减小,舱间通风也会减小重力的影响。因此在重力环境中进行试验时需要对壁面换热量进行修正。     

发动机喷流对飞行器底部流动影响数值模拟

针对发动机燃气喷流对底部流动的影响开展研究。建立冷喷与热喷计算方法，与经典的高压空气尾喷管喷流试验数据进行了对比，验证了本文建立的三维喷流方法的可靠性。对本文选用的飞行器外形采用冷喷与热喷方法开展了对比计算并与飞行试验值进行比较，分析了两种方法结果的差异。采用热喷方法对来流马赫数 2.5 ，不同飞行高度及喷管进口总压开展计算，研究飞行高度及喷管进口总压对发动机喷流及底部流场的影响。结果表明，保持飞行高度、来流马赫数不变，喷管进口总压增加，底部压力系数逐渐提高。燃气质量浓度最大值位于底部空腔的壁面处，且保持一个恒定值。保持喷管进口总压、来流马赫数不变，飞行高度增加，喷流高速区向后移动且中心区最大马赫数增加。在一定飞行高度下，底部压力系数由负转正，即飞行器底部会出现正推力，这对飞行器的射程会产生重要影响，需要提前评估。     

临近空间高超声速稀薄流中梯形缝隙绕流分析

针对高超声速飞行器表面不规则缝隙的构型特征，将其简化为梯形缝隙模型；采用直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法对高超声速稀薄流中的缝隙绕流问题进行数值模拟；研究了不同的缝隙壁面倾角对流场结构以及壁面参数的影响，为航天器结构设计以及热防护设计提供了数值支持。结果表明：改变倾角会改变流场结构，当倾角减小时，外部流场会更深入缝隙内部，使得缝隙内流场和表面的气动参数增强，且倾角越小，影响的程度越深。同时，倾角减小也会减小缝隙内的旋涡强度，当倾角小于30°时，缝隙内的旋涡区域完全消失。     

火箭垂直回收中发动机布局与喷流壁面效应影响研究

针对重复使用火箭垂直着陆过程的喷流流场问题开展研究，利用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics， CFD)方法研究了壁面效应和发动机布局对超声速喷流的影响。研究表明，着陆距离（L）在2.24D~11.2D（D为喷管出口的直径）的范围内，地面效应对喷管出口中心处的温度分布影响较小；在当前计算条件下，当L<2.24D时，超声速喷流撞击地面会形成强烈的激波，随着离地高度的降低，该激波位置往喉部方向移动，由于壁面效应，喷管内部形成斜激波，导致中心喷管壁面处的温度升高；中心喷管相对外侧喷管往外突出增大了壁面流动速度，导致外侧喷管出口的温度降低；研究还表明子级火箭底部端面的喷管数量增加后，会导致喷管的温度升高。研究结果将为火箭发射及回收方案选取提供参考。     

球形贮箱中三维液体大幅晃动数值模拟

提出一种新颖有效的网格移动算法,使用任意拉格朗日-欧拉（ALE）有限元方法对球形贮箱中三维液体大幅晃动问题进行数值模拟。对接触线网格及自由液面网格指定其运动轨道,对湿壁面网格采用代数更新算法,对域内网格采用Laplace方程对网格速度进行平滑。同时采用基于特征线的时间分裂（CBS）格式来处理对流效应引起的数值振荡。数值计算结果与已有试验数据进行了对比,两者吻合良好,证明了网格移动算法与计算格式的可行性与准确性。     

用空间推进算法模拟高超声速进气道流场

在有限体积法框架下，采用空间推进算法SSPNS（Single-Sweep Parabolized Navier-Stokes Algorithm）求解抛物化NS方程（即PNS方程），在流向采用LU—SGS隐式积分，而横向无粘和粘性通量则分别采用AUSM系列格式和中心格式计算。用该方法对1个二维高超声速进气道和2个三维高超声速进气道流场进行了数值模拟，得到的流场波系结构、壁面压力及传热系数分布与文献中相关数值解和实验数据基本一致，表明SSPNS法能够准确地模拟超燃冲发动机进气道内的高超声速流动。对比研究表明，SSPNS法与求解FNS（Full Navier＼lStokes Equations）方程的传统时间迭代法相比，二者计算精度相当，而SSPNS计算速度快1～2个量级，存储量至少低1个量级。本文的研究为CFD在超燃冲压发动机部件及一体化优化设计中的集成，以及大型高超声速工程流动的高效计算，打下了良好的基础。     

导弹密封皮碗的可靠寿命试验与评估

对某型号导弹密封系统所用的橡胶材料进行了加速老化试验，通过分析给出贮存可靠及可靠寿命等性能指标随时间、温度的变化规律。并引进随温度变化的失效率与加速系数，来研究材料对贮存温度的敏感性，从而为确定最佳贮存温度提供依据。     

轴对称体外部流场的有旋特征线法

轴对称体的无粘，可压缩，定常，超音速流动的外部流场，在计算时，常采用流动为无旋的假设，当头部激波弯曲较大时，会产生一定的误差。本文对绕轴对称体的这类流动，用有旋特征线理论进行了数值计算。结果与实验数据的比较表明：用有旋特征线理论对绕轴对称体的流场进行计算是完全可行的。该方法的应用对轴对称体的气动力计算具有实际应用价值。     

带充液腔的自旋卫星稳定性问题

本文应用Pfeiffer的思想讨论带轴对称充液腔的卫星系统自旋稳定性。本方法的基本思想为将轴对称腔内的液体旋度平均化,使之与空间位置无关,由此将液体的无限自由度问题离散化为有限自由度问题,从而用线性理论讨论系统的自旋稳定性。用这方法,本文讨论了带充液腔的非轴对称卫星系统、带充液腔的双自旋卫星系统的自旋稳定性,给出了它们的自旋稳定性判据。此外,本文还给出了一些带有不同形状腔体的卫星系统自旋稳定域图,为实际工程设计人员提供理论参考。     

应答式目标旋转运动对雷达速度测量的影响

携带应答机的飞行目标,若除了沿其某一轨道运动外,还作自旋运动,应答机天线辐射相位空间分布的不均匀性会使应答机转发信号产生附加的相位调制,因而导致多卜勒测量雷达的测量误差。本文分析了对称安装三天线园柱形应答式目标回波的多卜勒频率调制。得出了附加多卜勒频率及其各阶导数的解析式。研究了目标旋转速度、方向角(目标旋转轴线与雷达视线的夹角)和回波谱线宽度的关系,以及对雷达多卜勒测量精度的影响,它对于研究自旋再入体测量问题具有实用价值。文章给出了一个典型的三天线园锥目标模拟旋转试验结果。试验中在不同目标转速下由相参雷达跟踪测量目标回波,同时记录中频信号、多卜勒跟踪回路鉴频器输出等有用信息。对试验数据的分析得出了明确的结论:目标旋转使回波信号的谱线展宽、测速误差增大,谱线宽度与目标转速成正比,同时谱线宽度随目标方向角增大而加宽,方向角为90°时旋转影响最大。理论分析得出了与试验相同的结果。虽然试验是在静态下进行的,但问题的分析对质心运动的目标也同样适用。     

机器人关节电液位置伺服系统的自适应控制

本文根据Lyapunov稳定性理论,提出了一种简单而有效的模型参考自适应控制方案(MRAC),用以改进机器人电液位置伺服系统的性能。试验表明,MRAC控制器能大大提高系统的动态响应性能和定位精度,并使系统伺服跟踪能力显著改善。     

柔性喷管全轴向摆动中的扭矩分析与计算

本文对柔性喷管全轴向摆动中存在的铰链力及其扭矩进行了分析,通过冷试试验作了测量与计算,并在计算机上进行了各种情况下摆动的模拟计算。计算的结果与分析的结论是一致的。对于其他使用液压作动筒伺服系统驱动的可动喷管(如珠承喷管)也是适用的。 本文还引用了四元数运算法进行扭矩的计算,它与惯用的欧拉变换或克雷可夫变换相比,来得简捷、有效。通过两种方法计算比较,表明这一尝试是成功的。     

柔性喷管力矩特性的识别

本文在试验、测量、计算获得柔性喷管的总力矩—摆角响应曲线的基础上,对其物理特性作了分析,建立了辨识其力矩特性的数学模型。利用三次样条函数的特点,较准确地再现了该数学模型所代表的矛盾方程组,然后又利用多元线性回归分析,最终求得了组成总力矩的弹性力矩,粘滞摩擦力矩、库伦摩擦力矩、惯性力矩和偏位力矩等以及它们的力矩系数。并在计算机上进行了仿真试验,对建立的数学模型和分析方法作了验证。     

导弹横向弯曲振动特性的计算

本文给出了分析导弹弹体含有内部结构梁的横向弯曲振动特性的计算方法,特别是可用来计算导弹内部结构梁的局部振动频率和模态。文中给出了带有集中质量的铁木辛柯梁单元的传递矩阵和弹体含有内部结构梁的传递矩阵,分析了发动机药柱质量对弹体振动特性的影响。用本文方法计算某型号弹的横向弯曲振动特性,计算结果与试验测量值较一致。     

ADINA软件在固体发动机设计中的应用

简要介绍了大型结构分析软件ADINA的主要功能、特点、求解过程,以及应用它对某型号发动机药柱进行的轴对称有限元分析.结果表明,ADINA软件应用于固体火箭发动机结构分析是可行的.