基于PIC-DSMC算法的嵌套霍尔推进器仿真性能研究

随着航天技术的发展，新型嵌套式霍尔推进器解决了传统单通道霍尔推进器功率不高和运行模式单一的问题，在航天领域发挥着愈加重要的作用。为了研究质量流量和磁场强度对嵌套型霍尔推进器性能的影响，本文采用PIC-DSMC算法，追踪和模拟等离子体粒子在电磁场作用下的运动和碰撞过程，对羽流场进行仿真。模拟结果表明:质量流量和磁场强度对推力贡献成正相关，推进器的比冲和羽流发散角则会受到双通道的综合影响。适当增大内通道的运行功率能够提升推进器整体效率。本文的模拟结果初步证明了嵌套霍尔推进器运行工况和磁场设计的可行性，并进一步为推进器的实验和优化提供了数据支持。     

基于混合率模型的功能梯度材料火箭壳体振动特性分析

为了研究功能梯度材料(Functionally Graded Material, FGM)火箭壳体的振动特性,本文发展了一种基于混合率模型的FGM材料性能计算方法。首先,对FGM壳体的材料分布特征进行了分析研究,建立了统一的材料公式模型,可表征材料性能沿厚度方向变化规律不同的多种FGM材料模型。其次,建立了FGM壳体材料的几何分层模型,基于混合率法则推导得到了宏观等效的正交各向异性材料性能参数表达式,并讨论了分层数对预测结果的影响。然后,将该方法用于带孔平板、圆柱壳体、锥形壳体和球形壳体的振动分析,计算结果与相关文献结果具有较好的一致性,最大误差不超过2.33%,表明本文方法具有较高的精度。最后,将本文方法成功用于FGM火箭壳体的振动特性分析,针对材料性能沿厚度方向的几种不同分布模式,计算了FGM火箭壳体的前10阶固有频率和振动模态。     

RBCC发动机火箭出口结构热防护研究

基于目前RBCC组合发动机开展了火箭出口位置结构热防护的研究，该发动机结构形式为火箭从冲压发动机燃烧室侧壁嵌入，火箭出口紧贴冲压发动机燃烧室壁面。火箭出口超高温、高热流、冲刷大的特点，导致该位置热环境非常严酷，为了探索火箭出口位置热防护结构，开展了三种结构热防护方案的试验研究。研究结果表明，石英/酚醛内壳和高温合金外壳复合结构热防护方案能够满足30s量级的地面试验，能够满足火箭出口恶劣环境的热防护要求。研究结果还表明，热防护材料至关重要，高温合金材料不适合应用于火箭出口热防护；高硅氧/酚醛材料虽然基本能满足试验的热防护需求，但其抗烧蚀性能略低，尤其当材料完全炭化后产生的强度降低、收缩、分层、热导系数增加等问题，在更长时间试验中会导致热防护失效，针对这些问题，本文提出了进一步研究建议。