中国下一代运载火箭结构技术发展方向与关键技术分析

结构是运载火箭的"脊梁",主要承担火箭发动机推力传递、燃料贮存等功能,并为有效载荷、控制、测量等系统及单机设备提供安装和保护。对国外运载火箭结构技术发展现状进行分析,结合未来我国运载火箭的研制发展需求,展望我国下一代运载火箭结构技术发展方向,提出支撑我国下一代运载火箭结构的关键技术,为我国运载火箭结构技术的发展路线探索和战略规划提供参考。     

人工智能气动特性预测技术在火箭子级落区控制项目的应用

发展了一种基于人工智能算法的气动特性预测技术,在开展部分工况风洞试验基础上,结合少量数值仿真结果,通过机器学习模型预测全部工况气动特性。该方法能够降低研制成本,缩短周期。先后解决了相关函数选择、模型超参数训练、数据检验和“人在回路”应用等关键算法与技术问题,应用于运载火箭子级栅格舵落区控制项目气动研制,获得了设计所需完整的气动特性数据。2019年7月26日火箭飞行搭载试验验证了预测方法的正确性。最后,提出了人工智能技术在气动设计应用的分级概念和标准,划分和识别人工智能的能力,确定阶段性功能,为人工智能与气动设计结合与应用提供参考。     

过载条件下固体发动机内流场数值模拟

应用颗粒轨道模型，连续相控制方程按二阶迎风有限体积方法进行离散，并对纵、横加速度载荷均为20g、30g和35g的固体火箭发动机燃烧室内两相流动进行了模拟。结果表明，有纵横加速度载荷的情况下，发动机燃烧室内颗粒相会形成粒子聚集流，对承载方向的装药和壁面产生严重的冲蚀，明显改变了发动机燃烧室内原有的轴对称流动形态，同时承载方向上粒子聚集流的最大密度点随横向加速度的增加而远离发动机后封头。这些结果与实验发动机试车结果有较好的一致性，为发动机绝热层异常烧蚀机理分析提供了理论依据。     

喷管间距及偏角对超声速喷流噪声特性影响研究

为研究喷管间距、喷管偏角对超声速喷流噪声特性的影响,设计了超声速喷流噪声试验系统,对不同喷管间距、不同喷管偏角下喷流噪声进行了分析.实验结果表明,超声速喷流噪声具有很强的指向性,随着测点与喷流轴向夹角从30度增加到150度,噪声声压级峰值从132.4dB下降到110.0dB,峰值频率基本不变,随着喷管间距的从25mm增...     

RBCC引射模态DAB模式二次燃烧数值研究

对火箭基组合循环(RBCC)引射模态煤油燃料扩散后体燃烧(DAB)模式二次燃烧过程进行了数值研究。研究中使用了简单快速单步不可逆化学反应模型、三维非结构网格有限体积方法和k-ε湍流模型。结果发现引入DAB燃烧后,可以提高系统推力性能,但在地面静止自由引射状态未发现推力正增益;二次燃料喷嘴处于二次燃烧室的后部将更加有利于提高燃烧效率。     

FLUENT软件的二次开发及其在火箭气动计算中的应用

针对火箭设计过程中的气动特性计算,在计算流体力学软件FLUENT的基础上进行二次开发,从后台启动FLUENT进程,生成参数文件,采用批处理功能自动控制计算过程,减少用户工作量,极大地提高了设计效率。以两种不同的火箭构型为例,计算了在攻角α=4,°Ma=0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,2.0,4.0,6.0状态下的气动特性。给出了火箭升力系数、压心系数和阻力系数随马赫数的变化规律。计算结果与实验数据吻合良好,精度满足设计要求,计算的气动数据可以为火箭的初步设计提供参考和依据。     

空-空导弹用二元混压超声速进气道数值研究

对空空导弹固体火箭冲压发动机二元混压超声速进气道进行了数值研究。应用ＮＮＤ格式耦合对流迎风矢通量分裂技术（ＡＵＳＭ）,按照ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ时间分裂方法对贴体坐标系下二维雷诺平均Ｎ－Ｓ方程进行有限差分离散。数值模拟了此进气道多种工况下的流动状态。结果表明,对于捕获激波和模拟附面层内流动均有很好的效果。在此基础上分析了来流马赫数、进气道工作高度及出口反压对进气道性能参数的影响。     

航天可靠性工程技术体系及关键技术研究

航天装备具有高性能、高价值、小批量、组成复杂、高速飞行、环境严酷、多次分离等显著特点,要实现高可靠具有很大难度。总结了航天可靠性工程的3个基本问题,在此基础上研究提出了中国航天可靠性工程技术体系框架,并对体系框架中的各种可靠性工程技术及其在航天工程实践中的最早应用情况进行了简介。最后,面向未来一段时期航天装备体系建设的需求,初步提出了航天可靠性工程关键技术,供后续研究工作参考。     

火箭基组合循环发动机引射模态流动分析

应用迎风格式有限体积方法求解N－S方程的基础上，数值模拟了火箭基组合循环（RBCC）发动机引射模态进气道／混合段／燃烧室／尾喷管／引射火箭内的流动过程，分析了引射模态流道中的复杂流动结构，从理论上探讨了火箭引射模态工作过程机理，讨论了RBCC实验模型的混合性能，最后与实验结果进行了比较，二者吻合较好，这些结果为RBCC发动机火箭引射模态工作过程的深入研究和性能优化提供了一定的理论依据。     

高过载条件下固体发动机内流场及绝热层冲蚀研究

针对Ф315mm实验发动机和某发动机工作状态及结构特点，进行了发动机燃烧室内三维两相流动数值模拟和内绝热层的炭化冲蚀规律研究。计算中应用了颗粒轨道模型和二阶迎风有限体积方法，对纵、横加速度载荷下的两相流动进行了模拟，分析了纵、横向载荷对两种发动机燃烧室内粒子场和聚集带的影响；应用绝热层炭化冲蚀和两相流粒子热增量模型，分析了实验发动机在多种纵、横向过载作用下的绝热层冲蚀规律。在与Ф315mm实验发动机结果对照后，修正了炭化冲蚀计算所需参数，进一步预示了发动机的三维两相流场和炭化冲蚀率，并在35gn过载下分析了推进剂含铝量对粒子聚集密度和炭化冲蚀的影响。计算结果为发动机故障分析和实验发动机试车结果评定提供了理论基础。