超声速/高超声速来流中侧向喷流干扰流场数值模拟

针对姿态控制系统采用侧向喷流的小型固体运载火箭,开展超声速/高超声速来流中侧向喷流干扰流场数值模拟研究.通过数值求解三维可压缩Navier-Stokes(N-S)方程,模拟了侧向喷流干扰流场,分析了干扰流场结构,研究了攻角、高度、马赫数、侧喷发动机真空推力、喷口形状等因素对力/力矩放大因子的影响.研究结果标明,侧向喷流与来流相互作用,使流场结构十分复杂,存在激波、压力平台效应和环绕效应等干扰特性,攻角、高度、侧喷发动机真空推力等因素对力/力矩放大因子均存在不同程度影响.     

基于Gauss伪谱法的固体运载火箭上升段轨迹快速优化研究

研究Gauss伪谱法在多级固体运载火箭上升段轨迹快速优化设计中的应用。针对多
级固体运载火箭上升段轨迹优化的特点,研究了求解多阶段最优控制问题的Gauss伪谱法,
引入连接点概念处理间断点,设计了边界控制变量计算方法。为进一步提高轨迹优化速度,
设计了含初值生成器的Gauss伪谱法串行轨迹优化策略,实现了固体运载火箭上升段轨迹快
速优化。仿真结果表明,采用提出的优化方法优化一条上升段轨迹所用时间为2~3分钟,终
端约束和路径约束均得到很好满足,算法求解精度高,对初值依赖性小,设计的边界控制变
量计算方法可行。     

高超声速飞行器级间分离偏差干扰仿真

以大气层内高超声速条件下级间分离过程为对象,研究了利用蒙特卡洛方法对随机偏差干扰下的这一过程进行仿真分析的途径。分析了随机偏差对分离运动的影响,建立了能够支持偏差耦合仿真的分离动力学模型与分离运动特征值计算模型,建立了利用蒙特卡洛方法进行分离过程仿真的具体流程,最后通过算例验证了模型的合理性与仿真方法的有效性。研究结果表明,通过蒙特卡洛方法可实现对随机偏差干扰下高动压分离过程的运动范围、潜在风险以及失败概率进行定量预测。     

间隙高度对自发射流抑制叶尖泄漏的影响

通过数值求解三维定常黏性雷诺时均N-S方程,获得了单孔叶尖自发射流条件下不同叶顶间隙的叶栅流场,对比分析了间隙高度对自发射流与叶尖泄漏流相互作用特性、叶尖泄漏流量以及叶片载荷的影响.结果表明:当叶顶间隙高度为1mm(t/H=0.5%)时,自发射流对泄漏流有明显的阻挡作用,泄漏流量比减少0.06%,同时叶片载荷增加1.39%.当叶顶间隙高度增大到4mm(t/H=2%)时,自发射流的阻挡作用及对叶片载荷的增加作用基本消失;减小间隙高度可以有效提高自发射流的控制效果,同时降低因分离造成的流动损失;自发射流的存在显著改变了间隙流场分布及叶尖吸力面附近静压系数分布,计算发现当泄漏流绕自发射流流过时,下游流场出现类似卡门涡街的涡分布现象.      

含裂纹固体推进剂装药的内流场数值模拟

利用“N－S方程＋粒子仿真”方法来计算含裂纹翼柱型装药内流场。计算结果表明：环形裂纹内的流动对主流的影响大于纵向裂纹，环形裂纹向上游位置流动对主流的影响较下游位置的大，并可保持到喷管喉部，翼槽附近环形裂纹内的流动对主流的影响相对较弱。     

机械冲击载荷下粘性加热对颗粒填充固体推进剂热点形成的影响

利用热粘弹理论和动力有限元方法,分析了推进剂在机械冲击载荷下应力-应变时间历程及粘性加热生热率;将含能颗粒作为圆球体,通过热传导及热分解化学动力学模型,建立了颗粒融化、分解、放热过程的微观模型;将微观模型与宏观变形分析相结合,研究了推进剂基体粘性加热对推进剂内部热点形成的影响;进行数值模拟计算,确定热点形成的外部条件。计算表明,机械冲击载荷能导致基体升温、含能颗粒受热分解,在一定条件下形成热点。     

水反应金属燃料能量特性分析

提出了水反应金属燃料与水/金属燃料发动机概念;通过比较多种化学推进剂能量特性,可知水反应金属燃料能量密度明显高于传统火箭燃料,可以预见它在水下高速推进系统中具有广阔应用前景;通过热力计算,分析了水反应金属燃料能量特性的影响因素.     

大长径比固体火箭发动机点火瞬态过程分析

为了定量描述大长径比固体火箭发动机点火滞后期和火焰传播过程,分析了试验压强一时间曲线和升压速率曲线,并利用数值计算对点火瞬态过程进行仿真;根据两条曲线的数学与物理意义推断主装药首次火焰时刻为升压速率上升阶段过零时刻,火焰传播结束时刻为升压速率由上升转下降的极值时刻;数值仿真结果验证了这一推断。该方法简单有效,适用于工程实践。     

高金属含量水冲压发动机点火过程多相耦合计算

为准确模拟高金属含量水冲压发动机点火过程的流场特征及燃面温度变化,基于N-S方程,将高金属含量燃料和点火药向气相流场的质量、动量和能量输运转化为对应守恒量控制方程在近燃面第一层网格和点火药包覆盖区域网格的源项,将脱离燃面的熔融镁近似为燃烧室入口释放的镁液滴,实现了含镁质量百分数为73%的水冲压发动机燃料燃烧/点火药燃烧/发动机内流场的多相湍流燃烧的耦合计算,并对比分析了黑火药和硼/硝酸钾点火药对燃料燃烧影响。结果表明:40g黑火药点火和0.5kg/s的进水量下,燃料平衡燃面温度约为943K,可实现可靠点火与稳态燃烧。相同质量的硼/硝酸钾点火药与黑火药相比,可实现较高的平衡燃烧温度,但需较长的平衡建立时间。     

某型号固体火箭发动机点火过程的数值模拟

采用端面燃烧的固体火箭发动机点火初期形成的受限冷喷流流场，采用简化模型，从曲线坐标下的非定常薄层近似Ｎ－Ｓ方程出发，用新型的ＥＮＯ差分格式，进行了数值模拟；定性地研究了点火药喷流与主装药形状的相互影响，在此基础上提出设计中应该注意的问题。