双节套筒式延伸喷管设计及性能增益估算

述及双节套筒式延伸喷管设计方法,重点介绍需要处理的一些具体问题,并对其性能增益进行估算,结果表明该喷管具有很大的实用价值。     

双级延伸喷管等效力学模型

通过对延伸锥及作动筒的运动分析和受力分析,建立了双级延伸喷管的等效力学模型,即等效力和等效质量,这样就可以将一复杂机构的动力学问题转化为一个等效构件的动力学问题,使其能模拟原机构的力学特性,从而使问题简化和便于计算。      

低压室初始长度对火箭弹自力弹射出筒尾流场的影响

低压室初始长度的改变直接影响火箭弹自力弹射过程中低压室压强的建立，进而对弹射出筒过程中的尾流场产生影响。本文基于二维轴对称N-S方程建立了火箭弹自力弹射出筒尾流场的数值计算模型，采用动网格技术对弹射出筒的全过程进行了非定常数值计算。采用文中计算模型对超声速冲击射流试验进行了模拟，得到的流场结构与试验纹影图匹配良好；开展了自力弹射的实弹发射试验，仿真数据与试验数据的一致性较好，在此基础上分析了低压室初始长度对尾流场不同阶段的影响。结果表明，随低压室初始长度的增加，发射筒底部的第一个压强峰值增大；尾流场初始阶段震荡幅度增加且震荡时间延长；尾流场发展阶段内弹体的位移增量及速度增量减小，低压室压强峰值及峰值过后的压强下降速度减小；尾流场稳定阶段内弹体的位移增量及速度增量增加。     

固体运载火箭级间热分离仿真气体模型研究

目前,计算流体力学和飞行力学耦合仿真是模拟运载火箭级间分离较为流行的方法,而发动机内外流动建模则是运用该方法的关键。工程上,常用的方法是将发动机燃气与外部大气当作同一种气体组分处理,未考虑内外流动的多组分与燃烧效应。分析了化学非平衡流模型、双组分气体模型和常规单组分气体模型在火箭级间热分离流场计算中的适用性。化学非平衡流模型由于过高的计算消耗,不适用于火箭研制工程中大规模的参数化研究。而热化学等级较低的双组分气体和单组分气体模型由于计算量较低,具有较好的工程适用性。双组分气体模型计入了火箭燃气的特性,计算消耗远低于化学非平衡计算,且能够较好地预测火箭级间段的流动分离,在计算效率和计算保真度之间做出了较好的平衡,未来在工程研究中有较大的应用潜力。     

火箭发动机七机并联机架预应力模态分析及优化

针对新一代载人运载火箭七台火箭发动机并联机架在大推力作用下的非线性振动问题，开展了七机并联传力机架的预应力模态分析及优化设计方法研究。以该研究为基础，发展了一种预应力条件下机架材料等效替换方法。在不改变结构传力路径的情况下，通过结构预应力频率优化设计，能够有效降低机架材料物性参数改变所带来的低阶预应力频率误差，以此降低传力机架在动静联合试验时的试验成本。针对七机并联机架结构开展了钛合金和不锈钢材料等效替换，结果表明优化后的不锈钢机架相比原始的钛合金机架，刚度和动力学特性变化维持在合理变化范围之内，验证了该方法的有效性。     

基于FPGA的红外图像运动补偿滤波算法实现

针对运动场景和噪声混叠的红外图像，提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的红外图像运动补偿滤波算法。首先，算法设计采用运动补偿滤波算法，通过帧间相关性和阈值判断等方法，有效实现图像区域检测分类;其次，对分类后的区域选定不同参数的滤波处理，有效抑制噪声，改善图像显示质量;最后，硬件使用流水线结合并行处理的解决方案，能够有效提高图像处理的速度。实验结果表明:基于FPGA的红外图像运动补偿滤波算法设计资源消耗低，将运行优化算法耗时降低到了1 ms内，为红外图像实时处理应用提供了基础。     

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。     

飞机轮胎爆破喷流模式下管路的强度计算方法

飞机起落架作为飞机唯一的支撑结构,是不可或缺的飞机部件,而轮胎作为飞机起落架的重要部件,在飞机起飞、降落到滑跑过程中承受着巨大的冲击力和摩擦力,从而可能导致轮胎爆破的事故发生,也可能引起轮胎的空气喷流效应,导致其空气喷流效应影响范围内的液压管路破坏。而液压管路的破坏将会导致飞机液压能源系统和与之相关联的液压设备非正常工作,进而威胁飞机的飞行安全。在进行喷流模式下的液压管路的强度计算时,由于该模式下轮胎爆破产生的喷流是瞬间的、巨大的,因此计算其喷流载荷是非常困难的。针对该模式下提出一种喷流载荷拟合方法,并将拟合后的载荷加载到管路的有限元模型中,从而计算出液压管路的强度,为轮胎爆破下喷流模式的液压管路计算提供了工程实用的方法。     

面向在轨靠泊加注的管路力学分析与优化设计

面向在轨伸出式靠泊加注任务，针对对接过程中加注管路因同步外伸而产生附加力的问题，提出了一种偏置椭圆螺旋构型的加注管路。首先，推导了管路的轴向刚度和应力数学表达式，通过有限元仿真和实验校验了上述两个表达式的准确性。之后，将偏置椭圆螺旋管路与其他三种适用管路在同一设计空间下分别进行了基于最小轴向刚度的构型优化设计，得到了上述四种管路各自的最优构型与最小附加力，形成了该类在轨加注螺旋管路的完整设计方法。与仿真和实验结果对比,所推导的管路轴向刚度与应力数学表达式的相对误差均小于5%,可用于该类管路的设计分析。与无偏圆螺旋管路相比，所提出的偏置椭圆螺旋管路将靠泊加注对接过程中的管路附加力降低了约83.5%，更适用于在轨靠泊加注任务。     

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。