新型的橡胶型绝热烧蚀材料—EPDM

从70年代中后期开始,欧美各国在大多数固体火箭发动机上采用了EPDM(三元乙丙)作绝热层,国内某些发动机研制单位也自80年代开始研制和应用。本文从原材料、配方、工艺、物理性能、烧蚀性能及在发动机中的应用等方面对EPDM这种新型的橡胶型绝热烧蚀材料作了综述。     

不同组织状态TC4合金靶材损伤行为的研究

采用直径为4mm的CoCr15钢珠作为弹丸对两种不同组织状态的TCA合金进行撞击试验，撞击速度为1．5km／s；观察撞击后不同厚度靶材的宏观损伤及微观损伤行为。结果表明：靶材的组织状态对靶材的宏观损伤行为有很大的影响；时效处理态的组织具有更高的绝热剪切敏感性，在中厚靶发生了绝热冲塞；退火态中厚靶的背面则发生了凸起。各种靶材的微观损伤形式基本相同，在弹坑附近出现了大量的绝热剪切带；微孔洞在绝热剪切带内形核、长大并连结成为裂纹。     

逆向射流多斜孔气膜冷却的数值模拟

为了使航空燃气轮机燃烧室在高于燃烧室材料许用温度的前提下能够正常工作,需对燃烧室内壁采取冷却措施,并对变吹风比和变角度下的逆向射流多斜孔气膜冷却进行了数值模拟。在贴体坐标下划分网格,采用k-ε模型模拟湍流流动,求解气膜冷却过程的数学模型。分别改变逆向射流同主流的夹角,使其为20°、30°、45°和60,°改变吹风比的变化范围为0.5到1.5等多种条件下,对多斜孔气膜冷却效果进行了数值模拟。在所研究的范围内得到了符合规律的结论。研究结果表明,当吹风比不变的情况下,减小逆向射流角度,用有效温比表示的冷却效果相应提高。当逆向射流角度不变时,增加吹风比,冷却效果也相应提高。     

固体推进剂二维绝热微尺度燃烧模型的数值研究

为实现固体微推力器工作过程的一体化模拟,基于Fluent计算软件的二次开发功能(UDF)和简化化学动力学模型,实现了固体推进剂的二维气-凝相绝热微尺度燃烧模型的建立,该模型针对固体微推力器所用双基推进剂,包含两步凝相反应和五步气相反应,燃速、推进剂表面温度和组分质量分数基于燃面物理特性计算得到,并考虑了粘性作用对气相和凝相反应的影响。针对0.5MPa,1.0MPa,2.0MPa和5.1MPa四种工况进行了计算,结果表明,高压工作环境下出现发光火焰区,且随表面压力增大而逐渐靠近壁面,凝相反应区厚度和嘶嘶区、暗区主要反应物在燃面的质量分数随推进剂表面压力增大而减小。对称面处推进剂燃速,推进剂表面温度和气相火焰结构与实验结果基本一致。由于壁面附近较高的粘性作用,气相火焰在壁面位置更加靠近推进剂燃面,并导致壁面位置推进剂燃速高于对称面位置。该模型实现了二维环境下考虑分步凝相反应的推进剂绝热燃烧模型的一体化计算,较好地拓展了原模型的应用范围。     

气膜孔内局部堵塞对气膜冷却特性的影响

在吹风比为0.3~1.5,堵塞比为0.1~0.5范围内,对平板上单排倾斜气膜孔内局部堵塞所引起的冷气射流流动和冷却特性变化进行了数值研究,分析了堵塞比、堵塞位置和吹风比对绝热气膜冷却效率的影响.在研究参数范围内的研究结果表明:气膜孔出口端前缘的局部堵塞有利于抑制肾形涡,对气膜孔下游的绝热气膜冷却效率有改善作用,并且随着堵塞比和吹风比的增加,对冷却效果的改善越为明显.而在气膜孔出口端尾缘或侧边的堵塞则在较大的堵塞比下削弱气膜冷却效果.相对于气膜孔出气端的局部堵塞,在气膜孔进气端和中部的堵塞对绝热气膜冷却效率的影响要微弱得多.     

旋转受限层板中隔板对层板流动换热的影响

采用数值模拟的方法,研究了旋转受限层板结构中隔板对层板中冷却气体流动换热的影响机理.结果表明:隔板结构能够有效地提高层板的换热能力,旋转受限层板比不受限横流冲击层板的Nu高18%,比不受限横流冲击出流层板的Nu高15%.隔板导热条件下比绝热条件下的层板的Nu提高10%~15%.在旋转受限层板中,冲击孔靠近旋转中心一侧换热能力随着旋转数的增加而降低,冲击孔远离旋转中心一侧换热能力随着旋转数的增加而增加.旋转的加入,可以有效地降低靶面上由于隔板的加入而导致的高温区的温度,旋转受限层板更适用于涡轮动叶.     

Sellers叠加模型在多孔阵冷却方式中的应用研究

对Sellers叠加模型[1] 作了阐述和推导。应用传热传质类比原理 ,进行了单排孔及多排孔阵绝热温比的实验研究。实验结果与该叠加模型的计算结果进行了比较和分析 ,两者在实验范围内吻合较好。表明该模型可用于燃烧室多孔冷却火焰筒的壁温预测。     

HMX推进剂的燃烧不稳定性

用一套串接式可变面T-形燃烧器对HMX复合推进剂作了不稳定燃烧的实验研究.为了求得其相对稳定性,分别测定了当推进剂中的HMX,Al及AP等组分含量不同时对压力耦合不稳定燃烧的影响,并与一般双基推进剂(双石-2)不稳定燃烧特性进行的试验比较,在一维不稳定燃烧的理论基础上进行了分析和数据处理.最后得出结果:当HMX,Al及AP的含量分别在20至40%,5至15%和40至75%范围内,振荡频率为200至1500Hz时,HMX/AP/HTPB推进剂的燃烧稳定性与HTPB/AP/Al和双石-2相比最差.     

涡轮导向叶片综合冷却效率实验研究

为了研究流动参数对涡轮导向叶片综合冷却效率的影响,采用红外热像仪对叶片表面的温度分布进行了测量,得到了叶片的综合冷却效率随流量比、温比、主流进口雷诺数和湍流度的变化规律。实验过程中,次流与主流的流量比分别为0.15,0.18,0.20,0.22和0.24;主次流温比分别为1.4,1.7,1.93和2.2;主流进口雷诺数分别为1.0×10~5,1.1×10~5,1.2×10~5,1.3×10~5和1.4×10~5;主流进口湍流度分别为0.506%,8.156%,14.92%。结果表明,综合冷却效率在前缘处最低,沿流向逐渐升高;增大流量比会显著提高叶片的综合冷却效率,在温比为1.93时,流量比由0.15增大至0.24,综合冷却效率平均增加29.3%;温比和主流进口湍流度的增大均不利于综合冷却效率的提升,流量比为0.20时,温比由1.4增大至2.2,综合冷却效率平均下降46.5%,湍流度由0.506%增大至14.92%,综合冷却效率平均降低15.5%;主流进口雷诺数对叶片综合冷却效率的影响很小。     

固冲发动机补燃室温度场及热应力分析

针对选用炭化复合材料在双下侧进气口构型条件下补燃室绝热结构开展了单向流固耦合数值计算,分析了补燃室内不均匀温度场以及不同隔热材料的热应力。补燃室内温度场不均匀分布对绝热层烧蚀的影响较为显著,温度相对较高的位置绝热层烧蚀也较为严重;随着隔热材料的热膨胀系数的增加,绝热结构内表面的热应力明显增大,绝热结构更易出现局部裂纹和脱落;将数值计算结果与试验结果进行了对比分析,具有较好的一致性。结果表明,补燃室进气口下游的壁温最高,进气口下游后段的绝热层烧蚀最为严重;采用GXJ隔热层的绝热结构相比三元乙丙隔热层,绝热结构的热应力增加约59%,绝热结构的整体结构稳定性显著降低。