固体发动机绝热材料烧蚀研究进展

为了总结固体发动机绝热材料烧蚀方面的研究成果,梳理未来的发展方向,本文对国内外相关研究进展进行了综述。首先概述了绝热材料烧蚀的基本概念与研究意义,然后从烧蚀试验方法与装置、绝热材料烧蚀特性与机理、烧蚀模型等三个方面,对国内外有代表性和创新性的研究进行了介绍和评价。分析表明,目前烧蚀研究呈现从宏观走向细、微观的趋势,对烧蚀各子过程的研究更加深入细致,更加强调烧蚀过程中流动、传热传质和化学反应等多物理过程的耦合。未来随着高能推进剂的研发与应用、纳米材料的发展以及对精细化模型需求的不断增加,绝热材料烧蚀研究将面临一些新的挑战,也将迎来新的发展机遇。     

Er对镁合金固溶强化作用的第一性原理研究

采用虚拟晶胞近似方法控制固溶体中的Er含量,基于密度泛函理论的第一性原理赝势方法研究了Er对Mg-xEr(x=1at.%~6at.%)固溶体的固溶强化作用。计算结果表明:Mg-xEr(x=1at.%~6at.%)固溶体的体模量(B)随Er含量的增加而逐渐增大,当Er含量为4at.%时体模量达到最高值,之后基本保持不变。剪切模量(G)和杨氏模量(E)随Er含量的增加而降低,当Er含量达到6%时,又略微增大。6种固溶体的G/B值均小于0.57,都是韧性材料。Er掺杂量为1at.%~5at.%的区间内,随Er含量的增加,固溶体的G/B值明显降低,泊松比(ν)增大,合金韧塑性提高;当Er含量继续增大到6at.%,固溶体的G/B值有所升高,泊松比(ν)减小,合金韧塑性下降。随着Er含量的增加,态密度整体向低能级区域移动,费米能级低能级区域的成键电子数逐渐增多,同时底带宽度明显变宽,合金成键能力增强。在Er含量为1at.%~2at.%的区间内,受Er-4f电子影响总态密度图中出现了明显的赝能隙,费米能级在赝能隙高能侧,合金电子跃迁困难。当Er含量大于2at.%时,赝能隙变得不明显,费米能级处的态密度值比较高,合金活性增强。     

固体燃料空气涡轮火箭发动机方案和技术研究

针对固体燃料空气涡轮火箭发动机(SP-ATR)的工作特点,提出了双燃气发生器的加力工作模式,并根据总体性能要求确定了部件的工作参数。主要采用数值模拟和实验研究相结合的手段,分别针对压气机和涡轮部件开展了气动设计和增压装置集成,获得了工作特性,并完成了增压系统工作特性的冷流实验验证。开展了考虑涡轮后低温旋流条件下多股气流的高效掺混燃烧研究,通过研究涡轮转速、空气入射角度、补燃室富燃燃气流量和富燃燃气射流位置对燃烧效率的影响,确定了原理样机和关键部件的恰当形式和布局方式。最终开展了原理样机的地面热试实验,验证了双燃气发生器的SPATR发动机的工作原理,热试实验结果表明燃气涡轮增压装置工作可靠,性能满足设计要求,其中压气机压比达到了3.3,转速为82kr/min,补燃室燃烧效率为85.21%。     

基于等换算转速调节的涡轮增压固冲发动机非设计点性能研究

为了得到优良的涡轮增压固冲发动机(TSPR)的非设计点性能,提出了等换算转速、等余气系数的调节规律,通过确定TSPR非设计点共同工作过程,建立了TSPR非设计点性能模型。以高空高速(22km,Ma3.64)为设计点,计算和分析了0km,5km,10km,15km高度下TSPR的非设计点性能。结果显示:当采用等换算转速和等余气系数的调节规律时,TSPR非设计点工作范围宽广,具有良好的非设计点性能,最大推力是最小推力的3倍左右,最大比冲超过800s;在(10km,Ma2.5)的非设计点,通过调节转速,可以获得1.55倍的推力调节比和稳定的比冲性能;最后得出:提高转速,增加飞行速度,提高富燃流量驱涡流量比是增强TSPR性能的有效途径。     

应用轨迹优化策略的直升机任务科目基元仿真

任务科目基元的飞行试验是ADS-33E-PRF对直升机飞行品质的判定标准。针对直升机设计过程中飞行品质难以事先评定的特点,提出了一种基于轨迹优化策略的直升机任务科目基元数值仿真方法。该方法将飞行品质规范对直升机位置、姿态和速度的限制处理为状态量的边界约束,以完成任务科目基元的时间为目标函数,结合直升机自身的性能和安全性约束,建立了针对任务科目基元的直升机轨迹优化模型。求解该模型得到直升机完成相应任务科目基元所用的时间,便可定性判断直升机飞行品质是否满足ADS-33E-PRF对这一任务科目基元的要求,从而在设计之初对优化直升机总体设计参数提供参考。对某型直升机悬停转弯机动科目进行仿真计算,验证了该方法的正确性和有效性。     

双锋角钻头钻削碳纤维增强树脂基复合材料钻孔缺陷的研究

针对碳纤维复合材料钻孔时易产生撕裂、毛刺等缺陷的特点,采用双锋角钻头为研究对象,从横刃、第一主切削刃和第二主切削刃对孔入、出口缺陷的影响和加工参数对撕裂因子的影响规律等方面分析双锋角钻头钻孔特点,并与普通麻花钻进行对比。结果表明:在相同的加工参数下,双锋角钻头双主切削刃加工特点降低了入、出口钻削轴向力,有效抑制了入、出口撕裂、毛刺等缺陷产生,更适合于钻削碳纤维复合材料。主轴转速增大有利于减小撕裂因子,随着进给速度的增加撕裂因子呈增大的趋势。采用多元线性回归方法建立了试验两种钻头钻孔入、出口的撕裂因子与加工参数之间的回归预测模型。     

对工业设计认识的误区

本文就工业设计普及推广工作中遇到的一些认识问题，尤其是对工业设计概念的一些曲解做初步探讨，并分析了相关原因，提出了解决方案。     

一种无卫星辅助的制导弹药滚转角误差修正算法

针对海军舰载制导弹药MEMS惯导系统在卫星失锁后滚转角误差较大的问题，提出了一种不依赖卫星的制导弹药误差修正算法。根据弹体高速旋转时的定轴性使得短期内弹体侧向位移为零的特点，建立了弹体发射坐标系导航误差方程。利用自适应扩展Kalman滤波估计与修正卫星失效条件下的滚转角误差。为了检测并抑制量测突变引起的随机误差，使用自适应因子来调整滤波器参数。车载模拟试验和弹道仿真结果表明，10s对准时间内，滚转角误差能够收敛到0.5°以内，满足制导弹药控制精度的要求, 降低了制导弹药飞行过程中对卫星导航的依赖，提高了系统的自主性。     

发动机状态监控

发动机状态监控为监控发动机性能和状况提供了一种有效的方法，可以利用这方面的信息来测量发动机在使用寿命期内的可靠性，可以手工记录和分析发动机的数据，但用计算机系统处理数据更为可靠，灵活，本文讨论了发动机状态监控技术及可能的发展方向，强调使用以计算机为基础的自动化系统。     

聚集状态下凝相颗粒的收集与测量

发展了一种可以收集燃烧室中聚集状态颗粒的方法，研制了收集实验装置。数值计算表明，通过改变实验装置的收敛角和实验状态参数可以模拟真实发动机中的颗粒聚集状态。利用该实验装置开展了聚集颗粒收集实验，实验工况模拟了某高过载发动饥在横纵向过载均为40g时的颗粒聚集状态。对实验收集到的颗粒进行了电镜分析，发现大颗粒是由多个小颗粒聚合而成，说明聚集状态下颗粒间碰撞聚合的概率大大增加。对粒径分布进行了半定量的统计，与非聚集状态下的发动机燃烧室中的粒径分布作了比较，证明聚集状态下粒径要比非聚集状态下的大得多。