固体火箭发动机气体动力学发展的现状和方向

提纲式地阐述固体火箭发动机气体动力学,特别是二相流的发展和应用.认为气体动力学是固体火箭发动机理论设计、性能计算和专题研究的重要基础,流场计算已成为固体火箭发动机设计和研究中众所瞩目的中心问题.提出了固体火箭发动机流场计算一体化的观点.反应湍流边界层理论是固体火箭发动机气体力学的新领域.轴对称二相流的理论和实验研究已取得显著成果,但有必要继续进行和不断完善.工程应用迫切要求从速建立许多研究专题的二相模型.三维、二相、计算气体动力学是今后发展的方向;它与固体火箭发动机一体化工作过程的计算机图象显示相结合,将成为本世纪90年代及21世纪初的新水平.     

固体火箭发动机总体参数优化设计

在固体火箭发动机总体参数优化设计过程中,数学模型的建立是非常重要的,数学模型建立的好坏直接影响优化计算的精度和适用性。发动机的数学模型包括能量模型和质量模型。能量模型采用了两种方法:(1)美国SPP法中的SPP经验法。(2)统计方法(Landsbaum法)。在统计方法中,采用多元回归分析的方法,编制了计算机程序,进行最佳拟合,得到一种计算固体火箭发动机实际比冲的通用公式[2]。      

基于图形变形法的固体火箭发动机优化设计

基于图形变形法探索固体火箭发动机优化设计空间，通过可视化展示设计空间形态，能够提高固体火箭发动机优化设计效率和质量。采用试验设计方法对设计变量和约束条件重要性进行排序，简化优化模型；采用图形变形法对简化优化模型在不同试验设计点进行可视化分析；可视化选取可行设计空间中目标函数较小的点作为初始点。应用三种常规优化算法对4个不同初始点进行优化计算，计算结果表明，图形变形法优选的初始点使优化效率有不同程度的提高，优化结果具有更好的全局最优解特性；与遗传算法比较，效率提高400倍以上。     

固体火箭发动机CAD系统实现

介绍了一种系统固体火箭发动机CAD(SRMCAD)的组成和实现。系统集成多个功能子模块,功能较全。利用本系统可快速构造固体火箭发动机,进行全面的性能计算。系统是一种有效的发动机设计辅助工具。     

火箭发动机喷管内型面优化设计

以两种空-空导弹固体火箭发动机喷管作为算例,为此,建立固体火箭发动机的质量模型,喷管的质量比冲模型和目标函数模型,选择五种喷管扩散段内型面:锥形喷管,抛物线喷管,双圆弧喷管,二次多项式喷管和三次多项式喷管,进行优化设计,利用优化理论,成功地完成了五个设计变量的优化问题。优化结果表明,所建立的计算模型是正确的,并可用于其它大中型号的喷管设计。     

固体火箭发动机比冲预示经验法

本文简要地评述了国内外固体火箭发动机比冲预示方法.在Landsbaum法的基础上,根据国内外44种不同类型的发动机地面和高空模拟热试车试验统计,利用多维回归分析方法,得出了适合于国内发动机的经验比冲效率参数相关法.这种方法的优点是比冲预示结果比较准确,方法简单,利用袖珍式计算器可快速计算,对固体发动机总体方案论证及性能最优化设计是很有用的.     

温度冲击速率对变截面药柱结构完整性的影响

基于热传导方程,对某固体火箭发动机物理模型进行合理的简化,得到了两种可以用于计算药柱内温度、应力应变场的三维计算模型,并通过计算选出较优的一种;利用得到的计算模型,根据固体推进剂材料的粘弹性本构关系,对某固体火箭发动机受不同温度冲击载荷速率的情况进行了数值计算,研究在不同速率下,药柱内应力应变随应力速率的变化规律,为火箭发动机三维装药结构的完整性分析提供参考。     

含硼推进剂固冲发动机补燃室响应面优化设计

影响含硼推进剂固体火箭冲压发动机补燃室燃烧效率的因素很多,且各因素对燃烧效率的影响很难用精确的解析函数式来表示.首先建立了发动机补燃室内两相湍流燃烧数值模拟模型,然后提出了选用基于正交多项式的响应面方法来解决含硼推进剂固体火箭冲压发动机补燃室结构优化问题.这种方法可以减少为得到近似函数式而对补燃室流场进行计算的次数,能比较方便地对固体火箭冲压发动机补燃室各个参数进行优化与分析.      

固体火箭发动机可靠性设计系统的研究与实现

可靠性设计是固体火箭发动机设计中的一项重要工作,但长期以来这些工作主要依靠多个设计人员共同完成。为了实现固体火箭发动机可靠性设计自动化,本文首先结合固体火箭发动机可靠性设计的工程实际,提出了软件系统的主要功能,然后在总结工程实践中常用的可靠性分配、预计、评估等方法的基础上,确定了系统各模块的计算模型,最后采用C++Builder等软件开发工具,开发了固体火箭发动机可靠性设计系统。实践表明,该系统易于操作,便于工程应用。     

不同药型固液火箭发动机性能特点

根据平行层燃烧理论,推导了不同药型燃烧面积和燃烧边界长度随燃去肉厚变化的数学规律;在此基础上,建立了固液火箭发动机系统设计模型,将设计过程转化为数学模型;之后采用遗传算法对不同药型固液火箭发动机进行了优化设计.通过对优化结果的比较和分析,开展了不同药型应用于固液火箭发动机的性能特点及其机理的研究,指出了固液火箭发动机不同于固体火箭发动机的内弹道特性.      

一种新型的固体火箭发动机体外点火器

为了提高固体发动机工作可靠性，增加装药质量，同时实现二级点火和级间分离，应用体外点火器是一种成功的方法。本文给出了此种点火器的设计方法，其设计特点为：点火器装于喷喉之后，喷焰长度由经验公式预估，装药设计和内弹道计算一并完成，实践证明本文提供的方法能满足工程设计需要。     

固体火箭发动机多弧形孔装药设计研究

为弥补现有单室双推力固体火箭发动机装药结构的不足,提出一种由一个中心圆孔和多个弧形内孔组成的新型单室双推力多弧形孔装药结构。该结构包含7个可控结构参数。导出了药柱燃烧周长及通气面积随燃烧肉厚变化规律的计算公式;利用火箭发动机设计结构,分析了不同参数下多弧形孔装药结构的内弹道特性;在相同技术要求下,对比了多弧形孔装药和双药型装药结构的内弹道特性参数。设计及计算结果表明,新型多孔装药结构易实现单室双推力的要求,在文中所取算例下,采用多弧形孔装药的导弹相比采用星孔-单孔管型药柱装药的导弹加速时间缩短75%,导弹最高速度提高17%,且导弹速度和推力都更加稳定。多弧形孔装药结构为单室双推力火箭发动机设计提供了一种新的技术途径。     

端面燃烧固体火箭发动机的爆炸问题研究

本文论述了端面燃烧固体火箭发动机的爆炸问题,总结和分析了端面燃烧固体火箭发动机产生爆炸的重要原因.实验表明:在选择端面燃烧装药的初始增面率时,采用木制假药柱和推进剂短药柱构成的装药会给实验结果带来很大的偏差,导致选出不合适的初始增面率,把它应用在相同尺寸的固体推进剂端面燃烧药柱中时,将会引起发动机产生爆炸.     

基于WEB的固体火箭发动机集成设计平台

为满足固体火箭发动机设计过程对集成的需求,开发了一个基于WEB的发动机集成设计平台,提出了采用J2EE技术构建基于WEB的集成设计平台方案,建立了集成设计平台体系结构,分析了体系结构中每一层内涵,重点对集成平台功能框架层进行了详细分析,给出了基于J2EE的平台软件实现方案。平台实现了发动机设计过程中应用集成、信息集成和过程集成,能够支持优化设计和分布式设计人员的协同工作。通过在某翼柱型装药固体火箭发动机设计中的应用实例表明,该平台能够有效提高设计效率和质量,显著缩短设计周期。     

固液火箭发动机多界面喷管瞬态传热特性研究

固液火箭发动机是一种采用固体燃料和液体氧化剂的一种新型火箭发动机,由于燃料和氧化剂是不同物理状态,且在燃烧室内为非预混扩散燃烧,因此固液火箭发动机固体燃料的燃速低,工作时间长。固液火箭发动机喷管一般采用被动热防护喷管,喷管结构在长时间工作中的热防护问题是发动机设计中的关键问题。针对工作时间为200s的全尺寸固液火箭发动机,本研究采用碳陶复合材料、钨渗铜高温合金和高硅氧酚醛树脂等材料,提出了三种喷管结构方案。随后通过建立喷管材料瞬态热传导和烧蚀仿真模型,对三种不同方案的喷管结构的传热特性进行了仿真计算,分析了固体药柱内径在工作过程中变化对喷管传热性能的影响,发现药柱内径会改变燃烧火焰层结构,进而影响喷管壁面的温度分布和热流分布,热流密度在喷管喉部位置达到最大值。本研究同时还开展了相应的地面热试车试验,对仿真结果进行了验证分析。此外,对固液火箭发动机的喷管设计提出了建议和展望。     

舰船摇摆条件下固体火箭发动机舰载寿命预估

为了预估长期远航舰艇的导弹固体火箭发动机舰载寿命,分析了各种海况下舰船摇摆运动对发动机装药形成的载荷;在对发动机装药应力一应变计算的基础上,利用基于耗散能的装药累积损伤理论,提出了在不同海域执行任务的舰载导弹尚体火箭发动机舰载寿命的评估方法.     

考虑结构完整性和装填分数的星形药柱形状优化

在固体火箭发动机药柱设计过程中,装填分数较大的药柱结构完整性很难满足要求。利用PCL对商用有限元软件MSC Patran/Marc进行二次开发,建立星形药柱发动机的二维参数化有限元模型。在此基础上,采用遗传算法对星形药柱进行了形状优化,以结构完整性最优为优化目标,以装填分数为约束条件,得到了Von mises应变最小且面积装填分数不小于0.85的药柱形状。所提出的方法可方便地应用于各种固体火箭发动机装药设计。     

长期贮存条件下固体发动机药柱应力分析

固体火箭发动机在贮存过程中壳体和推进剂共同承担各种复杂随机载荷,这些载荷的作用会引起推进剂装药力学性能的变化,从而直接危及发动机工作的可靠性。论文选用随机温度载荷为计算背景,并以通用有限元软件为平台,建立了固体发动机结构模型,通过仿真得到了发动机药柱在随机温度载荷下的等效应力变化规律。     

星孔药柱旋转发动机工作过程数值模拟

建立了星孔药柱发动机在旋转状态下工作过程仿真的物理模型和计算模型，给出了部分计算结果。通过数十发实验获得了燃速加速度敏感性的经验关系式，并且采用全尺寸发动机进行了实验验证。实验和理论预示压强时间曲线具有良好的一致性。