含高能氧化剂(FBN)的推进剂能量特性计算研究

简介了1,4-二氟-1,1,4,4-四硝基丁二醇二硝酸酯[2,3](FBN)的理化性能,并根据最小自由能原理,编写了计算机程序,对含FBN复合固体推进剂进行能量特性计算,着重研究了HTPB、FBN、高氯酸铵、铝粉和奥克托今等组分含量变化对推进剂能量特性的影响,得出了一些规律,并从结果可以看出,FBN部分取代高氯酸铵后推进剂比冲可提高98N·s/kg以上,最高比冲可达2850N·s/kg。由此可见,FBN是一种较好的高能有机氧化剂,应引起有关研究单位的重视。     

单脉冲固体姿态控制发动机内流场与燃面退移耦合数值模拟

为解决单脉冲固体姿态控制发动机内流场与推进剂燃面退移耦合的问题,给出了耦合方法的理论基础,建立了基于动网格的双向耦合模型。采用面偏移法处理燃面退移过程,利用网格平顺与网格重建技术优化网格,解决网格变形问题;通过松耦合方式进行耦合计算。针对PAC-3增程拦截弹使用的单脉冲固体姿态控制发动机,进行了内流场与推进剂燃面退移耦合数值模拟,得到了该发动机内弹道特性曲线及其它性能参数。结果表明,PAC-3单脉冲固体姿态控制发动机仿真结果与相关实验结果吻合较好,计算得到燃烧室压强最大相对误差为3.96%。面偏移法能够有效追踪推进剂燃面,建立的耦合方法能够对内流场与推进剂燃面退移耦合过程进行准确稳定的模拟,为单脉冲固体姿态控制发动机多物理模型耦合模拟提供了有效的解决方案。     

硼镁高能贫氧推进剂的能量分析

对硼镁高能贫氧推进剂的能量特性进行了系统的理论分析研究,并探讨了高能组分对该类贫氧推进剂能量性能的影响。研究结果表明,在硼镁高能贫氧推进剂中减少镁粉含量（或增加硼粉含量）,贫氧推进剂的比冲升高。在一定范围内,增加混气比有助于提高固体火箭冲压发动机的比冲。硼镁贫氧推进剂中采用ＣＬ－２０等高能组分可以显著提高其能量。而采用叠氮类含能粘合剂取代惰性粘合剂时,对提高贫氧推进剂的能量不利。     

新一代高能固体推进剂的能量分析

根据最小自由能方法,计算分析了叠氮基含能预聚物和高能高密度氧化剂对AP/R-DX/Al/HTPB复合固体推进剂能量特性的影响。GAP、AMMO和BAMO的氮平衡值优于HTP-B,含有叠氮基含能预聚物的复合固体推进剂,其标准理论比冲(I°ss)出现最大值时所对应的RDX含量相应地升高。无论是HTPB,还是GAP、AMMO和BAMO,标准理论比冲和燃温(T_c)在Al含量为18％时都有极大值出现,燃气平均分子量(M(则随着Al含量的增加而增加。减少GAP配方中的AP含量,代之以硝酸酯增塑剂,可显著提高I°ss,与RDX相比,采用高能高密度氧化剂HMX,HHTD和ONC的复合推进剂的最大优势是密度的提高,从而显著地改善了密度比冲。与NEPE高能固体推进剂相比,GAP推进剂在相同的粘合剂体积分数下,标准理论比冲可提高24.5～34.3N·s/kg。而在相同能量特性的情况下,推进剂的粘合剂的体积分数可提高50～65％。因此,叠氮基含能预聚物和高能高密度氧化剂的使用,将代替下一代高能固体推进剂的发展方向。     

固体推进剂性能计算计算机程序

介绍一种简化的固体推进剂性能计算电子计算机程序。本程序不考虑任何损失,按理想的冻结,平衡流态进行计算,燃烧产物平衡组分的浓度求解采用布林克莱法。该程序能自行处理含有9种以下组元和不多于70种平衡组分的任何固体推进剂。如果需要程序还可以扩充。燃烧压力和出口压力以及外界大气压力可以任意选取。本程序计算一种压力下的二种流态性能,在国产TQ-16或CJ-709机上实施仅需150秒。     

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.      

氧化剂含量和粒度对NEPE推进剂燃速影响的模型化

以高能固体推进剂热分解特性和燃烧模型的研究成果为基础,建立了由化学结构参数计算NEPE推进剂的燃速和压强指数的公式,计算了氧化剂组分含量和粒度对燃烧性能的影响。经验证,计算结果与实测燃速值的偏差全部在±20%以内,其中80%的偏差在±10%以内。这说明所建立的模型基本合理,编制的NEPE类推进剂燃速计算程序基本可行。     

基于细观颗粒夹杂模型的固体推进剂导热系数预测

为准确预测固体推进剂的导热系数,采用了分子动力学方法对高填充比固体推进剂细观模型进行建模.利用有限元理论对固体推进剂细观模型稳态热传导进行计算,结合计算细观力学均匀化方法,计算了固体推进剂细观模型的均匀温度和热流密度.根据计算所得的平均温度和平均热流密度值求解稳态热传导方程,得到了两相和三相固体推进剂的宏观等效导热系数.其中,两相固体推进剂的仿真结果与试验结果的误差只有3.63%.结果表明:在预测固体推进剂导热系数时,采用固体推进剂的颗粒夹杂模型可以充分考虑粒径大小、颗粒随机分布的影响,更真实地反映固体推进剂的微结构特征,计算结果准确可靠.      

循环加载下复合推进剂的能量耗散

在空空导弹的挂载飞行阶段,弹体高频振动导致的固体推进剂温升极大地损害了固体火箭发动机的性能。为深入探究固体推进剂的能量耗散及其影响因素,针对某复合推进剂进行了不同应变幅值下的多频率疲劳测试,并利用非接触式红外辐射装置同步采集了循环加载下推进剂试件的表面温度,讨论了频率、应变幅值两个因素对复合推进剂能量耗散的影响。结果发现,复合推进剂由于自身的黏滞性,在外部激励下产生了剧烈的疲劳生热行为,其能量耗散密度随着加载幅值和频率的增大而提高,能量耗散带来的试件表面温度呈现出先增大后稳定的规律。根据能量耗散和温度场方程,建立了复合推进剂疲劳过程中的温升计算模型,利用有限元仿真对不同加载条件下推进剂的滞后温升进行了较好的预测。     

二维火箭喷焰流场的化学组份和电磁特性计算

提出了一种能计算二维火箭喷焰流场化学组份和电磁特性分布的计算模型和方法,并编制了相应的计算机程序。该程序能较真实地反映喷焰流场中发生的实际化学反应和电磁波衰减效应,适用于接近完全膨胀的少烟或无烟推进剂火箭喷焰参数的计算。计算结果表明,不考虑化学反应,将对流场内参量,特别是化学参量和电磁参量的计算结果产生很大误差。     

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]。      

六分力试验台静态误差分析与调整

本文用最大误差方法,对固体火箭发动机六分力立式试验台的静态误差进行了分析.分析结果是,其静态误差主要来源于动架纵轴的调整.并建立了发动机推力偏心距和推力偏心角的静态误差计算公式.文中也谈到减小立式试验台静态误差的调整方法.     

最大瞬时畸变预测中的滤波位置问题

虽然Motycka估算方法能较好地估算最大瞬时畸变值,但其估算机时很长。作者曾用40个测点,采样频率f_s=1000赫,在Inte186/330微机上估算30秒的数据,共费机时约27小时。其中约一半机时系用于对每一测点的随机数进行滤波。      

瞬时畸变指数IDC、IDR最大值的预估与实验

提出了一种预估流场畸变指数IDC、IDR瞬时最大值的方法。推导了周向畸变指数IDC、径向畸变指数IDR的时均值与均方根值。还由实验测得了实际的最大瞬时畸变值。经过与预估值相比较给出了预估的精度。     

跨声速翼型有粘／无粘强干扰计算

本文介绍一种二元跨声速激波-边界层强干扰的计算方法。边界层计算采用湍流边界层积分反方法,它借助Whitfield和Swafford提供的既适合附着流,也适合分离流的速度剖面表达式。跨声速无粘流用全速势方程模拟。通过边界上排溢速度来考虑粘性的影响,用有粘/无粘迭代得到粘性流解。本方法计算的结果与其它方法以及实验的结果进行了比较,证明该方法可以在工程上推广使用。     

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。     

固体火箭发动机体空间缺陷最大直径矢量特征测量方法

针对固体火箭发动机工业CT(computed tomography)三维扫描数据,从计算时间和测量精度两方面考虑,结合固体火箭发动机内部缺陷体空间数据场的特征,通过改进传统的空间最大距离求解法——擂台法,提出了基于分类种子点法的体空间缺陷最大直径矢量特征测量方法.设计了预置缺陷的固体火箭发动机,经实验验证,相比传统擂台法,该方法能够提高测量精度和缩短计算时间,最大直径及其与轴向锐角夹角的最大测量误差在10%以下,为固体火箭发动机三维可视化故障诊断奠定了基础.      

多段翼型优化设计计算

 目标函数计算失真和选择合适的间接目标函数以减少机时是多段翼型优化计算要解决的关键问题。通过大量分析计算,对上述问题提出了下述解决办法:限制汇流强度使翼段间缝隙不过分狭窄,以解决目标函数计算失真问题。前缘缝翼优化时,用主翼面上的分离点位置作为间接目标函数;对后缘襟翼则分别以翼型升力值和分离点位置作为间接目标函数,进行优化计算。在间接目标函数优化的基础上再用最大升力系数为目标函数作少量验算即可获得可信的优化结果。实践证明这样可节省大量机时。     

固体火箭发动机固有频率灵敏度特性的初步研究

本文运用固有频率灵敏度分析方法,把长细比较大发动机简化为梁模型,推导出其固有频率灵敏度计算公式;对于长细比较小发动机必需采用有限元模型,本文采用简化方法,进行固有频率灵敏度分析,并归纳出两种发动机的灵敏度特性.     

端羟基粘合剂交联官能度的测定

提出了一种测定复合固体推进剂粘合剂官能度的新方法.该方法是根据French的聚合物网络结构理论.在羟基粘合剂和二异氰酸酯反应中对不同的当量比测定了交联度,然后把交联度外推到0得到临界交联点r_c.最后由r_c计算出交联官能度.同时给出了用别的方法测定结果的比较资料.