固体火箭发动机装药的计算机辅助设计

本文提出了面向微型计算机的计算机辅助设计方法和程序,包括装药几何计算、内弹道性能计算及强度校核图形显示等一体化设计的计算机程序.目前已开发了三维翼柱型装药的模块化结构程序分支,可在微机PC-286/386上进行.本程序通用性广,精度高,可以很方便地扩充到其他药型.     

二维装药通用计算方法及程序

所谓装药计算就是求出发动机内弹道计算所需要的装药几何参数。 现代的固体火箭发动机装填系数都很大,因而侵蚀燃烧现象比较严重。为了更准确地计算发动机的内弹道参数,必须考虑由于侵蚀燃烧而引起的装药截面积的变化。考虑这一因素的内弹道计算方法一般是将药柱沿轴线分段计算,这样就需要对装药每一节点处各个时刻的装药几何参数进行计算。装药计算量是相当大的,需要编制计算机程序来配合相应的内弹道计算。目前,国内大多数程序都是针对某一种特定药型的,这使得该程序的使用受到限制。所以有必要对目前国内固体火箭发动机中大量使用的装药进行研究,编制出通用的计算机程序。     

三维燃烧移动边界计算网格示踪技术

以任意设计的固体火箭发动机装药几何形状为对象,分析研究了燃面燃烧移动的基本规律,提出了一种三维复杂燃烧移动边界的示踪方法。它可以用于流场计算、发动机性能预示计算和侵蚀燃烧计算中,也可以发展成为一种燃面计算的新方法。文中以假想三维局部翼形装药为例进行了数值计算。     

旋转固体火箭发动机一维内弹道计算

给出了带“锥－柱形”装药的旋转固体火箭发动机的一维内弹道计算方法，其燃速计算采用分析方法，喷管流量采用等熵旋转喷管流的简化方法。所得结果和旋转试车台上实测的实验结果吻合较好，计算和实验表明，“锥－柱形“装药呈现较大速度效应。文中提供了计算方法具有较高预示精度，可推广到其它药型旋转发动机的内弹道计算，对旋转发动机设计具有指导作用。     

星孔装药燃面退移图形显示研究

应用计算机图形学在ＩＢＭ－ＰＣ机上开发了星孔装药燃面退移仿真的图形显示系统。该系统的功能包括：参数曲线的图形显示，装药横截面的二维及装药燃面的三维静态显示，模拟燃面退移的二维动态显示。详细讨论了用直线和圆弧构成装药横截面的二维图形的显示方法及相应的参数和控制点的计算，燃面上三维型值点的计算及图形显示方法，利用三次均匀Ｂ样条和双三次均匀Ｂ样条构造曲线和曲面的方法。     

固体火箭发动机通用药柱的一维准定常内弹道计算

本文提出对任何药型都通用的一维准定常内弹道计算方法和与其相适用的药柱计算方法.解决了药柱和一维准定常内弹道计算的配合问题.用本程序对某实际发动机的内弹道性能进行了计算,将计算结果和用零维燃烧模型计算结果及热试车结果进行了比较.     

某装药用双基推进剂的配方选择及实验

为克服某起动器用复合推进剂装药存在燃气残渣多的缺陷，通过物性数据比较及内弹道性能计算，从三个备选双基配方中选出一个与该复合装药性能相近的配方来替代它。对选出的双基配方进行了验证，同时研究了辅助催化剂、辅助增塑剂、燃烧稳定剂对双基推进剂燃烧性能的影响。实验表明：所选的双基推进剂能满足该起动器对装药的要求。     

三维组合药型单室双推力发动机燃面与内弹道计算

基于有限容积的思想，构造任意形状的三维药柱燃面退移通用计算方法，并推广应用于嵌金属丝推进剂的燃面计算。计算过程只关心燃面的始态和终态，可完全避开错综复杂的几何燃面变化规律，实现任意药型下多推进剂、变燃速燃面退移的计算机数值模拟。在此基础上，对三维组合药型单室双推力发动机进行了喉部烧蚀条件下的内弹道计算，同时与试验结果进行比较，取得了较好的效果。     

固体火箭装药包复层脱粘问题的分析

本文应用了二维轴对称弹性有限元分析方法计算了常见的三种火箭装药结构,因热载荷及火箭发动机工作内压力作用引起的脱粘主应力(发生在人工脱粘端点处包复层与推进剂药柱的相粘接的界面上),对比分析了火箭装药的外界载荷、人工脱粘结构形式及火箭装药的几何参数等对脱粘的影响。另外,对于预防火箭装药包复层的脱粘问题做了一些分析讨论。     

复合推进剂高压下侵蚀燃烧特性的研究

讨论了少烟丁羟合推进剂高压下侵蚀燃烧与装药装填密度的关系，给出了计算变截面装药气流速度方程，总结了在此推进剂在Ｐ≥１５．０ＭＰａ下侵蚀燃烧规律，为装药设计提供了依据。     

固体火箭发动机药柱三维温度场应力场有限元分析

采用有限元法计算固体火箭发动机药柱在固化冷却时的三维瞬态温度场。基于粘弹性积分型本构关系，计算热应力场。计算程序可用于工程实际。     

固体火箭发动机前、后翼药柱三维有限元分析

应用PRO／ENGINEER、I－DEAS软件构造药柱三维几何模型，利用视算技术和方法对药柱几何模型进行处理，建立药柱三维有限元模型，对药柱受固化降温、轴向飞行过载、工作内压载荷作用下的应力应变及位移完成了三维线弹性有限元分析计算，进行了图形后处理，得到了合理的结果。为大型固体火箭发动机药柱结构完整性分析提供了更为准确合理的理论依据。     

三维非结构自适应多重网格技术

发展了一种基于几何外形的非结构自适应多重网格技术。根据流场参数的变化梯度确定加密边,由加密准则对粗网格进行自适应剖分得到分布合理的较密网格。通过预先生成的初始极密表面网格来将边界网格的加密点投影到边界上,使得边界保持初始外形。为了提高流场求解速度,将自适应加密后的一系列网格作为多重网格,采用了多重网格算法进行计算。M6机翼的流场计算表明该方法可以准确捕捉激波位置,并且表面的压力系数分布与实验值相吻合。     

预估蒸汽轮机叶片颤振的三维方法

发展了一种可考虑叶片间相角变化的三维失速颤振预测方法。二维计算的最小气动阻尼比三维值低, 说明取特征截面的二维方法偏于保守, 且特征截面的取法具有任意性, 故二维方法仅能作为叶片颤振初步预估之用。为提高颤振预估的精度, 需用三维计算对二维计算结果进行校核。三维和二维计算均表明叶片间相角对蒸汽轮机叶片气弹稳定性影响很大, 叶片颤振预测必须考虑这一关键因素的影响。      

交互外形设计中的有理插值方法

在CAGD中,构造光滑曲线通过给定的二维或三维点集是非常重要的问题。广泛釆用的方法是Hermite技术,但是依照这种方法,插值曲线的形状过多地依赖于切矢的模长,且形状的修改不能依几何的方式交互完成。本文提出了一种结合交互技术和插值技术于一体的曲线插值方法,插值基函数为有理函数,在此基础上讨论了形状参数在几何修形中的作用,     

3R定位系统在最佳目标-雷达站几何下的误差传播特性

求解3R定位系统的最佳目标一雷达站几何是CW雷达定位体制研究中的关键问题之一。这种最佳几何是3个雷达天线位于正三角形的顶点,3个天线波束在空间正交。给出了利用最优化方法求解这种最佳几何的目标函数,并给出了3R定位体制的普适性误差椭球的二次曲面方程。研究结果表明,在上述最佳目标一雷达站几何下,椭球形误差二次曲面变为圆球形误差二次曲面。     

某型燃气轮机枞树形榫接结构多齿形参数优化分析

在某型燃气轮机改型设计中发现,涡轮采用的3齿枞树形榫接结构应力集中严重,为避免榫齿出现裂纹、榫头断裂等故障,并降低峰值应力,延长使用寿命,对其形状进行优化设计.分析发现,相同的齿形参数无法获得满意的优化结果,因此,对每对榫齿采用不同的齿形参数进行2维参数化建模.通过试验设计方法,选取对最大当量应力影响较大的参数作为设计变量并进行优化.在满足约束的条件下,获得优化设计结果.结果表明:优化使最大当量应力降低19.93％,各齿应力分布更加均匀.该设计方法确实能提升榫接结构的优化潜力,对其设计与优化具有一定参考价值.     

星孔药柱设计研究

推导了星孔药柱尾部装药和剩药燃面计算公式,提出了采用粗略内弹道计算优选药柱参数的设计方法,应用改进的一维准定常流动模型进行了精确内弹道计算,并与实验值进行了比较。计算结果和实验结果十分吻合,压强相对误差小于5％。本文提出的设计方法已成功应用于发动机设计中,大大减少了实验次数,节省了研制经费。本方法可适合于其它内孔燃烧发动机的装药设计。