旋转固体火箭发动机内弹道理论与实验研究

本文系统地总结了我们在旋转固体火箭发动机内弹道理论与实验研究方面的某些成果，其中包括含铝丁羟推进剂的试片实验和装药发动机实验以及燃速敏感性预示和内弹道预示，得出了一些有益的结论，可供发动机设计及推进剂配方设计参考。     

优化复合推进剂力学与流变性能的一种新方法

测量与理论分析了复合推进剂的黏性与力学性能。实验研究了固体粒子尺寸分布和粘合剂固化比的影响。应用聚合物流变学的理论与概念来模拟推进剂特性。研究得知,细AP粒子在聚合物基体中起有效的填充剂作用,并增强机体的性能。对所研究的推进剂系列配方,当细AP含量接近20%时推进剂可达到最大应变与浇注中的最佳黏性。     

Advances in fabrication of ceramic corundum abrasives based on sol–gel process

Corundum abrasives with good chemical stability can be fabricated into various free abrasives and bonded abrasive tools that are widely used in the precision machining of various parts. However, these abrasives cannot satisfy the machining requirements of difficult-to-machine materials with high hardness, high strength, and strong wearing resistance. Although superhard abrasives can machine the above-mentioned materials, their dressing and manufacturing costs are high. By contrast, ceramic corundum abrasives fabricated by sol–gel method is a cost-effective product between conventional and superhard abrasives. Ceramic corundum abrasives exhibit self-sharpening and high toughness. In this review, the optimization methods of ceramic corundum abrasive properties are introduced from three aspects: precursor synthesis, particle shaping, and sintering. Firstly, the functional mechanism of seeds and additives on the microstructural and mechanical properties of abrasives is analyzed. Specifically, seeds can reduce the phase transition temperature and improve fracture toughness. The grain size and uniformly dense structure can be controlled by applying an appropriate amount of multicomponent additives. Then, the urgent need of engineering application and machinability of special shape ceramic corundum abrasives is reviewed, and three methods of abrasive shaping are summarized. The micromold replication technique is highly advanced and can be used to prepare functional abrasives. Additionally, the influence of a new sintering method, namely, two-step sintering technique, on the microstructural and mechanical performance of ceramic corundum abrasives is summarized. Finally, the challenge and developmental trend of the optimization of ceramic corundum abrasives are prospected.     

基于PIV的凝胶模拟液撞击雾化速度场实验研究

为了更好研究凝胶推进剂的雾化,采用时间分辨粒子图像测速(TR-PIV),研究了不同撞击角度(45°,60°,75°,90°和120°)和射流压差(0.4MPa~0.8MPa)对凝胶推进剂雾化速度的影响。实验结果表明:雾化液滴速度对于撞击轴线呈单峰对称分布,距离撞击点越远,雾化液滴速度越小且分布越均匀;增大撞击角和增大射流压差都可提高凝胶推进剂有效撞击速度,即增加撞击后液体动能转换液体破碎所需的能量,雾化质量提高;当有效撞击速度大于27.9m/s时,实验室配置的凝胶推进剂可充分雾化。     

凝胶点官能度是重均官能度,还是数均官能度

Flory和Stockmayer等的凝胶化理论用重均官能度表示凝胶点或凝胶生成的临界条件,虽已有50多年的历史,并为各国学者所公认,但从分析凝胶点定义的物理意义出发,只要用简单的数学分析,即可证明用重均官能度而不用数均官能度表示凝胶点,与反应程度定义的物理意义和Flory的两个基本假设不符。凝胶化理论新概念用数均官能度表示凝胶点,则不存在不符的问题。     

液体火箭发动机系统设计仿真与优化

建立了某液体火箭发动机系统设计的仿真模型与相应的多目标优化模型,编制了系统仿真程序,并在iSIGHT的软件平台上针对不同的优化目标对发动机的设计参数进行优化.采用了组合优化策略,结合多岛遗传算法和序列二次规划算法分别进行全局寻优和局部寻优,求得全局最优点.建立了单燃气发生器循环系统的质量模型,在优化过程中考虑了发动机主要部件结构质量对系统性能的影响。以燃烧室压强、混合比和喷管出口反压为设计变量,优化目标包括发动机比冲、有效载荷、结构质量、密度比冲、关机时飞行速度、推进剂综合密度.并根据结果分析了燃烧室压强和混合比对发动机性能的影响.     

含偶氮四唑胍的RDX-CMDB推进剂的燃烧性能和热行为研究

采用浇铸工艺制备了GZT部分取代RDX的系列RDX-CMDB推进剂样品。研究了GZT对不含催化剂的RDX-CMDB推进剂的燃速、压强指数及燃烧火焰结构等燃烧性能的影响,并采用TG-DTG和DSC实验,初步研究了含GZT的RDX-CMDB推进剂的热行为。结果发现,GZT对推进剂的火焰温度、火焰的暗区厚度、燃面上的亮点数目和燃烧表面对凝聚相的温度梯度等都呈现一定规律性的影响;在1～10 MPa范围内,GZT使RDX-CMDB推进剂的燃速升高,压强指数降低。热行为研究表明,加入GZT时,推进剂的DSC曲线上出现一个单独的放热分解峰,对应TG曲线上也表现出一个单独的失重过程。     

固体推进剂动态储能模量主曲线计算应力松弛模量

基于一维线性粘弹性理论中动态储能模量与应力松弛模量的关系,导出了一种利用动态储能模量主曲线计算固体推进剂修正应力松弛模量的方法。通过两类固体推进剂修正应力松弛模量与实测应力松弛模量主曲线对比发现:虽然计算值大大高于实测值,但二者的比例系数随时间单调递减。根据这种关系,利用固体推进剂动态储能模量主曲线可以计算一定时间内的应力松弛模量。最后,对该方法在发动机药柱应力松弛模量监测中的应用进行了初步探讨。     

气-气推进剂氧喷嘴出口型面对特征效率的影响

通过对气氢/气氧为推进剂的同轴剪切喷嘴进行研究,分析同轴剪切结构喷嘴出口型面变化和厚度对特征效率的影响.结果表明:氧喷嘴出口处能形成小尺度的回流区,起到火焰稳定器的作用;带扩口的氧喷嘴使氧产生径向速度,使回流区受到干扰,使推进剂特征效率较低;直口的喷嘴有利于推进剂火焰的稳定,而达到高的特征效率;而不同氧出口厚度对特征效率的影响不大.      

低温推进剂地面加注系统冷量利用方案分析

为了降低低温推进剂损耗,提高利用效率,降低发射成本,提出了4套运载火箭低温推进剂地面加注系统的冷量利用方案。基于热力学原理,建立了非稳态数学模型,并以能量品质高低作为衡量方案优劣的标准,通过实例计算对比分析了各个冷量利用方案的可行性。研究得出4套冷量利用方案从热力学角度出发都是可行的,其中方案A和方案D最优,方案A可应用在目前现有低温推进剂地面加注系统中,而方案D则可应用于未来重型运载火箭低温推进剂地面加注系统之中。