固体推进剂裂纹燃烧扩展耦全的基本模式

通过对半无限板边裂纹的零维对流燃烧和变形扩展的模拟分析,揭示了固体推进剂裂纹燃烧扩展耦合的基本模式,燃烧流场和裂纹变形扩展相互作用,推进剂塑性变形对燃烧性能的影响,为燃烧断裂的深入研究提示了方向。     

固体推进剂裂纹燃烧扩展耦合的基本模式

通过对半无限板边裂纹的零维对流燃烧和变形扩展的模拟分析,揭示了固体推进剂裂纹燃烧扩展耦合的基本模式：燃烧流场和裂纹变形扩展相互作用,推进剂塑性变形对燃烧性能的影响,为燃烧断裂的深入研究提示了方向。     

固体推进剂裂纹对流燃烧和扩展的研究分析

评述了固体推进剂裂纹对流燃烧及扩展的研究，讨论了推进剂裂纹对流燃烧的流场与裂纹的变形、扩展及其之间存在着强耦合作用。初步揭示了在不同的燃烧室压力率下单一裂纹扩展的不同模式，指出裂纹腔内火焰的离散传播、裂纹尖端的压力突升以及对流燃烧条件下的裂纹失稳扩展极可能诱导产生DDT过程，提出了需进一步深入研究的问题。     

燃烧室升压梯度对固体推进剂裂纹燃烧与扩展影响的研究

建立了描述固体推进剂裂纹燃烧与扩展过程的数学模型。通过实验和理论计算研究了燃烧室升压梯度对固体推进剂裂纹燃烧与扩展的影响。结果表明,燃烧室升压梯度对裂纹腔内对流燃烧流场、以及裂纹的开裂时间和开裂方式都有很大影响。实验结果和理论计算结果的一致及理论计算的双向耦合性质。      

固体推进剂裂纹对流燃烧流场的数值模拟

对固体推进剂裂纹内的对流燃烧流场进行了数值模拟,计算采用隐式ＴＶＤ格式求解有加质的二维粘性可压流的控制方程,并且考虑了侵蚀燃烧效应,计算获得了对流燃烧条件下裂纹内部压力分布,讨论了裂纹长度、高度对裂纹尖端压力的影响。     

新增表面等效作用力模拟固体推进剂裂纹动态扩展

固体推进剂作为线粘弹性材料在裂纹扩展过程中,外力和体力对体系作功的同时,材料的粘性内耗散和断裂表面能释放使体系能量降低。将裂纹扩展新增表面上等效作用力的概念引进有限元中,计算裂纹扩展过程中的应力强度因子和断裂表面能释放对体系应力应变场的影响,从而使得有限元可以模拟计算固体推进剂裂纹的动态扩展过程,解决了固体推进剂非定常燃烧扩展模拟中的难题。     

基于扩展有限元的改性双基推进剂的开裂过程模拟研究

为研究和模拟改性双基推进剂(CMDB)在准静态条件下的断裂特性,利用扩展有限元XFEM技术,建立了中心直裂缝含加载平台的圆盘形三维模型。基于线粘弹性理论,通过单轴拉伸实验直接获取改性双基推进剂的最大拉应力8.21MPa,作为仿真模型中裂纹粘聚区的断裂强度,模拟了固体推进剂在静态加载条件下裂纹实时扩展过程。结果表明实验和仿真过程中裂纹均首先呈I型扩展,最后以复合断裂形式扩展失效。讨论了推进剂在压缩断裂过程中裂纹扩展区的应力变化对裂纹扩展的影响,发现实验预期结果与仿真结果符合性良好,说明扩展有限元法能够为改性双基推进剂断裂过程的数值模拟提供新的方法。     

聚硫推进剂燃烧条件下裂纹扩展过程的研究

研究了影响聚硫推进剂试件内裂纹扩展的各种因素。对含裂纹的推进剂试件进行了大量的燃烧试验,其燃烧过程用Ｘ射线实时成像系统进行了记录;并用粘弹性有限元方法计算了试件在燃烧过程中的应力应变状态,利用Ｊ积分法对裂纹扩展的可能性进行了预估。理论分析和试验结果均表明：燃烧室增压速率、裂纹尺寸、边界条件等因素对裂纹的扩展均有较强的影响。该研究结果对制定固体火箭发动机装药失效判据有一定的参考价值。     

含缺陷固体装药燃烧异常实验分析

利用高速实时Ｘ射线荧屏分析技术,对固体火箭发动机装药经常出现的主要缺陷导致的异常燃烧现象进行研究,提出了含不同类型缺陷装药结构破坏的条件和模式,描述了推进剂裂纹、气孔和脱粘槽穴内的点火、燃烧和结构变形现象,分析了双基、丁羟、ＮＥＰＥ推进剂裂纹进一步扩展趋势和临界条件,为评估固体发动机含缺陷装药燃烧安全性提供了实验依据和分析方法。     

国产HTPB复合推进剂裂纹扩展特性的实验研究

依据Ｓｃｈａｐｅｒｙ Ｒ Ａ＾（１）的粘弹性断裂理论，对国产ＨＴＰＢ复合推进剂进行了Ｉ型裂纹扩展实验。分析了裂纹扩展的特性，表明裂纹扩展开始时存在临界应力强度因子ＫＩｃ。得出该型推进剂裂扩展速率ｄａ／ｄｔ与应力强度因子Ｋ１间的幂函数关系式。讨论了该推进剂材料断裂能Г与裂纹扩展速率的关系。     

点火期间装药裂纹内流场特性的有限元计算

通过理论分析,建立了固体火箭发动机推进剂裂纹动态点火的理论模型,对裂纹内部燃烧流动情况进行了理论计算。在非结构网格下,用有限元方法计算了不同几何特性和增压梯度下,火焰在裂纹内的传播及裂纹内的压强变化情况。计算表明：增压梯度越大,裂纹越窄,裂纹内的火焰传播速度越大,裂纹尖端压强也越大。     

Three-dimensional numerical analysis on combustion performance and flow of hybrid rocket motor with multi-segmented grain

This paper presents the combustion characteristics in hybrid rocket motors with multi-segmented grain through three-dimensional numerical simulations. Multi-segmented grain is composed of several thin grains with two or more ports. The numerical model consists of Navier-Stokes equations with turbulence, solid fuel pyrolysis, chemical reactions, a fluid–solid coupling model and a regression rate model. The simulations adopt 90% Hydrogen Peroxide (HP) and PolyEthylene (PE) as the propellant combination. The effects of the rotation, port number, fuel grain segment number and mid-chamber length on the flow field and combustion performances are analyzed. The results indicate that the multi-segmented grain configuration can strengthen the flow field, and the regression rate and combustion efficiency are enhanced. Take the cases with two grain segments and three ports for example, the regression rate is increased by 32.4%−45.1% and the combustion efficiency increases by 6%−8.6% in different rotation angles.     

固体火箭发动机Al_2O_3凝结及颗粒破碎的数值模拟

Al2O3凝结对固体火箭发动机Al颗粒的燃烧效率及燃气流动有很大影响。结合拉格朗日方法,建立Al2O3凝结模型,分析了在Al2O3烟雾凝结及颗粒自身破碎作用下,不同初始直径Al颗粒的燃烧效率及燃烧室流场的变化规律。计算结果与同条件下的测试数据有较好的吻合,颗粒分布符合相关实验现象。结果表明,小颗粒燃烧后,流场温度及Al2O3烟雾分布均匀;随颗粒初始直径的增加,径向出现明显分层现象;在发动机出口,小颗粒燃烧效率较高,颗粒中Al2O3质量分数较大,但破碎程度较小;随初始直径增加,颗粒燃烧效率逐渐降低,颗粒中仍含有大量未燃烧的Al,破碎程度提高,颗粒数目急剧增加。     

带有中心钝体的固体燃料冲压发动机工作性能分析

为提高固体燃料冲压发动机的燃烧特性和工作性能,提出了带有中心钝体的固体燃料冲压发动机方案,基于雷诺转捩和涡概念耗散方程建立了其湍流燃烧模型,并数值计算分析了其内流场、燃面退移速率、推力与总压损失。结果表明：带有中心钝体的冲压发动机内部流动过程较为复杂,钝体后部有四个漩涡,增强了发动机内来流空气与燃气的掺混;钝体孔隙中的高速气流与两侧的小尺度漩涡保证了钝体尾涡的稳定性;与普通固体燃料冲压发动机相比,在燃烧室中增加中心钝体能增大燃烧室内高温区面积,提高补燃室内温度,可使推进剂平均燃面退移速率提高26.11%,发动机推力提高22.12%,燃烧效率提高8.9%。     

含金属固体推进剂在加速度场中燃烧时瞬态燃烧特性的预示

本文综述了含金属固体推进剂在加速度场中燃烧时瞬态燃烧领域的一些主要研究成果,指出了其中存在的某些阴显的不妥之处,如:金属颗粒的尺寸分布,金属球团变形参数与变形模量的关系.本文在综合有关模型的基础上,提出了含金属推进剂在加速度场中燃烧的计算方程组,并求解确定了其瞬态燃烧特性,所得结果比较满意,可供发动机设计和推进剂配方设计时参考.     

Multi-phase flow effect on SRM nozzle flow field and thermal protection materials

Multi-phase flow effect generated from the combustion of aluminum based composite propellant was performed on the thermal protection material of solid rocket motor(SRM) nozzle.Injection of alumina(Al₂O₃) particles from 5% to 10% was tried on SRM nozzle flow field to see the influence of multiphase flow on heat transfer computations.A coupled,time resolved CFD(computational fluid dynamics) approach was adopted to solve the conjugate problem of multi-phase fluid flow and heat transfer in the solid rocket motor nozzle.The governing equations are discretized by using the finite volume method.Spalart-Allmaras(S-A) turbulence model was employed.The computation was executed on the different models selected for the analysis to validate the temperature variation in the throat inserts and baking material of SRM nozzle.Comparison for temperatures variations were also carried out at different expansion ratios of nozzle.This paper also characterized the advanced SRM nozzle composites material for their high thermo stability and their high thermo mechanical capabilities to make it more reliable simpler and lighter.      

边缘检测技术在火箭发动机实验诊断中的应用

对高速运动分析仪拍摄的Ｕ型燃气发生器固体装药燃烧和双组元液体喷嘴雾化图像进行了边缘检测图像分析,根据被分析实物边缘层次性较强的特点,在简单边缘检测的基础上采用自动门限、二次门限和最佳滤波的方法,获得了固体燃气发生器在燃烧过程中的内部结构、推进剂瞬态燃速、绝热隔板烧蚀率等参数,获得了双组元液体喷嘴的雾化角、粒子分布等特性。