旋转固体火箭发动机随质量变化的姿态运动分析

旋转固体火箭发动机是否稳定主要取决于其微小的侧向角速度是否被耗散或被放大。就发动机内部随燃烧而质量发生变化,且使飞行器整体质心前移的圆柱形装药结构进行姿态动力学分析,得到在几种典型装药形式下侧向角速度随时间的变化情况。结果指出,质量的减小对飞行角速度的变化是有影响的,由于误差等因素所引入的初始侧向角速度也会被逐渐耗散掉。此外,在某些装药形式及燃烧方式下,其侧向角速度在燃烧过程中会以指数规律增加,通过对计算结果的分析,提出了对发动机设计的稳定性要求。     

Solid rocket propulsion technology for de-orbiting spacecraft

This paper presents the topic of using solid rocket propulsion for de-orbiting spacecraft,in order to fulfil space debris mitigation requirements. The benefits and disadvantages of using such means are discussed. A dedicated system can be implemented in the satellite design phase and shall be a key subsystem of platforms inserted into orbit. Uncontrolled, semi-controlled and controlled de-orbit can be completed using solid rocket motors. Their impact on the space debris environment is discussed....     

固体火箭发动机衬层与药柱脱粘高能X射线检测技术

衬层与药柱脱粘严重影响固体火箭发动机的结构完整性和工作安全性,该缺陷的可靠检测至关重要。文章综述了固体火箭发动机高能X射线检测技术现状。基于射线照相检测和工业CT检测手段,评述了固体火箭发动机衬层与药柱脱粘的图像分析和缺陷评判技术。针对该类缺陷,提出了综合应用射线照相技术和工业CT技术进行印证检测的方法,评判结果表明能够满足缺陷检测的可靠性与准确性要求。     

加速度对固体火箭发动机内弹道性能的影响

用片型装药火箭发动机和含铝复合推进剂,研究了加速度对固体火箭发动机内弹道性能的影响。研究结果表明,在加速度７０ｇ的条件下,２０１０推进剂的平均效应燃速比ｒ＾－ａ／ｒ＾０高达１．５１５,固体火箭发动机的内弹道性能呈现明显的变化。该项研究对发动机设计有实际意义。     

流场不均匀对液体火箭发动机纵向振荡燃烧影响及控制

针对常温推进剂发动机推力室再生冷却和撞击式喷注器结构,分析了推力室身部与喷注器对接部位的流场特性,对流场均匀性进行了实验测量。结果表明：推力室身部再生冷却通道出口压力存在约0.15 MPa周向不均匀。身部出口节流显著提高局部流速,使喷注器面氧化剂湍流度和不均匀性增加,进而改变燃烧特性。通过撞击喷注单元雾化试验,获得了18 m/s的推进剂入口边界流速。基于喷注器流场均匀性,提出控制推进剂流速,降低不均匀性,进而抑制纵向高频燃烧不稳定性的控制方法。发动机热试结果表明,采用（15±1） m/s的推进剂入口流速,控制方法抑制了纵向高频燃烧不稳定性。     

Statistical analysis for rotational motion of a light descent capsule under deployment of a space cable system

The results of the statistical analysis for the rotational motion of a light descent capsule under deployment of the orbital cable system are presented. At mathematical simulation a cable is considered to be a weightless inextensible mechanical linkage. The cable is deployed according to the predetermined law. The basic spacecraft is oriented along the local geovertical by means of its own stabilization system. The simulation is carried out by the statistical testing method. The motion characteristics being studied include: modulus of the capsule angular velocity and the nutation angle at the final point of the cable deployment.     

旋转对固体火箭发动机的影响

对旋转对固体火箭发动机的影响进行了初步探讨。给出了旋转对推进剂应力应变的影响、产生的热力学方面的影响及旋转引起的气体动力学的影响等的分析计算模型。并在内弹道计算的基础上,对上述影响引起的发动机性能的变化进行了分析比较,得出了有意义的结论。     

多级固体火箭发动机总体优化设计

本文在文献[1]的基础上提出了一种多级固体火箭发动机总体优化数学模型,并对三级定容发动机进行了计算.对中远程弹道式导弹利用优化模型比经验设计主动段终点速度提高了4%.     

环形不稳定性计算模型在FY-20液体火箭发动机上的应用

本文用环形不稳定性计算模型计算、分析了FY-20液体火箭发动机的切向高频燃烧不稳定性。其结果与热试车结果是一致的。根据所得结果,为此发动机中安装径向隔板的必要性提供了理论依据井对稳定性不佳的液体火箭发动机提出了具体改进步骤及一些有效措施。     

液体火箭可贮存推进剂泄出速度影响因素分析

为提高液体火箭可贮存推进剂泄出速度，缩短泄出时间，通过分析泄出过程中推进剂流动状态及能量变化，建立了推进剂泄出速度的数学模型，按照实际设定参数计算了泄出量，计算结果与实际泄出吻合，并依据模型分析了相关因素对泄出速度的影响程度。结果表明：泄出转接波纹软管管径是影响泄出速度的主要因素，增加软管管径可显著缩短泄出时间；同时，贮箱气枕压力对泄出速度同样具有明显的影响。     

Numerical study of intrachamber processes dynamics at nozzleless solid propellant rocket engine actuation

The results of the comprehensive numerical analysis for dynamics of intrachamber processes that appear at nozzleless solid propellant rocket engine (SPRE) actuation are presented. A complete cycle of rocket engine operation is analyzed. We solve a conjugate problem involving the igniter actuation; heating, ignition and following combustion of a solid propellant charge; a combustion product flow in the combustion chamber; depressurization of the combustion chamber, and the subsequent motion of the rocket engine blank; variation of the combustion surface geometry at the expense of the gradual and nonuniform burnout of solid propellant web.     

Control of spacecraft turns in scheduled time using rocket engines

We obtained an on-off control law for two spacecraft (SC) rocket engines creating the angular acceleration in the opposite directions considering that SC is controlled by the rocket engines with an exponential increase of thrust at starting and decrease at shutdown. This control law provides the change-over of SC from the initial angular position to the final one in the scheduled time. A special trajectory consisting of eight typical segments is proposed to identify the angular acceleration and delay of its formation in the rocket engines. Both problems are solved by the method of analytical construction of composite trajectories for the angular turn from the typical segments on which the differential equations of angular motion have analytical solutions. The results are applicable for the development of promising space interceptors and design of onboard control systems.     

基于并行流变框架HTPB推进剂本构模型研究

基于并行流变框架提出了一种能够表征HTPB推进剂材料非线性变形行为的本构模型。基于Yeoh超弹性模型和Boyce流变模型建立了两节点HTPB推进剂本构模型;开展了HTPB推进剂定速单轴拉伸实验和松弛实验,利用单轴拉伸实验数据获取了本构模型参数,并对材料松弛行为进行了理论计算,结果表明,模型计算结果与和实验数据一致性超过90%。应用三维有限元法,采用本文模型、基于Prony级数的线性黏弹性模型和工程中使用的线弹性模型对拉伸实验和松弛实验进行了仿真分析,结果表明,在拉伸实验中当应变小于10%时三者一致性较好,大于10%时,所提本构模型可准确预示材料的变形行为,在松弛实验中本模型计算结果与实验数据一致性远高于基于Prony级数的线性黏弹性模型。理论分析和三维有限元仿真结果均表明,所建立的本构模型可以准确捕捉HTPB推进剂材料的非线性行为,可用于固体火箭发动机推进剂结构预示分析。     

基于累积损伤的双基推进剂强度准则及实验

国内在对固体火箭发动机装药结构完整性分析时,强度判断准则基本采用传统的结构强度准则,这些强度准则并不能很好地反映固体推进剂材料的强度破坏过程。该文对双基推进剂试件进行了若干不同拉伸速率下的等速率拉伸破坏试验,结合试验数据获得损伤方程参数,建立了基于累积损伤的结构强度准则。并利用损伤方程预测试件破坏情况,和试验值吻合较好,说明该基于累积损伤的强度准则能够较好地判断双基推进剂材料的破坏。     

复合固体推进剂能量特性优化设计

本文在最小自由能法精确计算固体火箭推进剂能量特性程序的基础上,运用模式搜索优化方法,编制了电子计算机程序,用该程序能算出已知组分在最高比冲或最高特征速度下的最佳配比。优化计算结果和图象法(或精确计算)所得的结果是一致的。这证明固体推进剂能量特性的优化设计是成功的,为固体推进剂配方设计提供了一种有效的计算方法。     

Development of Kabila rocket: A radioisotope heated thermionic plasma rocket engine

A new type of plasma rocket engine, the Kabila rocket, using a radioisotope heated thermionic heating chamber instead of a conventional combustion chamber or catalyst bed is introduced and it achieves specific impulses similar to the ones of conventional solid and bipropellant rockets. Curium-244 is chosen as a radioisotope heat source and a thermal reductive layer is also used to obtain precise thermionic emissions. The self-sufficiency principle is applied by simultaneously heating up the emitting material with the radioisotope decay heat and by powering the different valves of the plasma rocket engine with the same radioisotope decay heat using a radioisotope thermoelectric generator. This rocket engine is then benchmarked against a 1 N hydrazine thruster configuration operated on one of the Pleiades-HR-1 constellation spacecraft. A maximal specific impulse and power saving of respectively 529 s and 32% are achieved with helium as propellant.Its advantages are its power saving capability, high specific impulses and simultaneous ease of storage and restart. It can however be extremely voluminous and potentially hazardous. The Kabila rocket is found to bring great benefits to the existing spacecraft and further research should optimize its geometric characteristics and investigate the physical principals of its operation.     

超期贮存固体火箭发动机使用性能评估

解剖了自然贮存14年的某型发动机,对所得推进剂进行了力学和燃烧性能测试.理论分析中建立了发动机三维内弹道和有限元模型,并根据计算流体动力学(CFD)计算边界网格和有限元模型(FEM)药柱表面网格异构但空间位置一致的特点,开发了发动机内弹道压力转化为药柱有限元载荷的算法,完成了发动机工作过程流场-结构的耦合分析,并对发动机的内弹道和药柱结构完整性进行了评估.试验表明:长期贮存后发动机中端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂力学性能变化体现模量增加和延伸率降低,燃烧性能也有一定变化;计算所得发动机内弹道能完成发射任务,同时发动机药柱的力学性能能保证工作期间的结构完整性,发动机基本满足使用要求.      

硼用作推进剂燃料组分的研究

硼是高性能吸气式的固体火箭冲压发动机和冲压发动机瞩目追求的燃料,80年代常规固体火箭动力方面对硼燃料也表现了浓厚的兴趣.本文一般介绍了国内外有关硼粉用作推进剂燃料组分的研究,指出了在推进剂中使用硼作主燃组分,必须解决工业硼粉与推进剂粘合体系的相容性问题、推进剂配方的工艺性问题及硼的燃烧效率问题.而把燃烧效率能提到实用允许的限度,不仅需要对推进剂配方的周密设计,并且更重要的,还需对发动机的合理组织燃烧、优化燃烧参数等做精心的设计.     

织女－3主发动机的辨识仿真

织女－３探空火箭飞行试验与地面试验的主发动机喉径不同，提出了用辨识仿真方法提供弹道计算所需的推力数据。利用唯一的一发有效地面实验数据，以系统辨识法确定发动机工作时推进剂的基础燃速，沿金属丝燃速，综合因子和喉径的变化规律，再确定喷管效率，最后用内弹道计算和性能计算方法确定飞行发动机的地面推力数据。飞行试验表明，计算弹道与飞行试验弹道相吻合。     

考虑界面损伤的立式贮存药柱结构完整性研究

为了进一步结合实际分析固体火箭发动机药柱在立式贮存条件下的结构完整性，考虑推进剂/衬层界面损伤模式在复杂应力条件下具有多样性。以某型固体火箭发动机为例，与常规将衬层设置为粘接单元相比，模型在推进剂与绝热层之间设置粘接接触。对固体火箭发动机在立式贮存环境时经历固化降温、充气内压和重力载荷联合作用下有无界面损伤时的发动机进行仿真分析。结果表明:界面损伤的存在导致推进剂/绝热层界面这个薄弱环节更危险；该型固体火箭发动机药柱在充气内压增大过程中在人工脱粘层根部部位应力呈先增大后减小趋势；在充气内压达到0.085MPa之前，推进剂与绝热层之间考虑界面损伤时，推进剂在垂直于轴向的靠近人工脱粘层根部部分更容易损伤，之后则推进剂垂直于轴向的初始点更容易损伤。该结论可以为固体火箭发动机结构完整性精确仿真提供一定的指导。