高超声速进气道再起动特性及其影响因素数值模拟

以N-S时均化方程为控制方程,引入变比热容的热完全气体模型,采用k-ω SST湍流模型及自适应网格加密技术,对高超声速进气道再起动过程进行了二维准定常数值仿真研究.结果发现,当内收缩比较大时,分离激波即使打入唇口,大规模流动分离仍存在,须继续增加来流马赫数(M∞),才能使进气道完全起动,即进气道可能存在没有溢流的不起动...     

载人飞船有效载荷搭载技术及试验验证

载人飞船飞行任务中搭载的有效载荷设备质量、体积大并且安装要求苛刻,而返回舱内空间狭小且舱内环境复杂。针对这个问题,文章提出了通过改装返回舱座椅作为有效载荷搭载安放的方案。经过试验验证表明,该方案对飞船的影响很小,并且满足有效载荷设备搭载要求。     

预冷型组合循环发动机技术

预冷型组合循环发动机具有工作速域宽、比冲高和推重比大等优点,在未来空天领域有广阔的应用前景。本文首先回顾了LACE、SABRE和ATREX等主要预冷型组合循环发动机的工作原理、技术特点和研究情况,对各型发动机热力循环中面临的难点问题进行了分析。其次,针对发动机预冷器、压气机、涡轮和燃烧室等关键部件,建立了热力循环计算模型,研究了预冷和燃烧对冷却剂的流量需求问题、预冷器与压气机性能参数匹配问题和压气机与涡轮共同工作问题等。结果显示,1.0～2.0倍当量比的氢在马赫数0～4.5速域内能将空气冷却51～476 K,而相同流量的甲烷在马赫数0～4.0速域内仅能将空气冷却24～182 K;熵函数用于表征预冷器和压气机在热势差效应和功热转换过程中的能量损失总和,根据发动机性能需求,在熵函数图上可设计不同的当量比-压比（φ-π_c）协同工作线;涡轮总功率是影响预冷发动机压气机压比的主要原因,与传统涡轮相比,驱动涡轮的工质（冷却剂）流量小,要求涡轮单位功率高,给涡轮设计带来挑战。最后结合评估结果对预冷型组合循环发动机的未来发展提出了一些建议。     

攻角变化对超音速进气道再起动特性的影响

以二维非定常可压缩流的N-S方程为控制方程,采用SST k-ω湍流模型对攻角变化引起的超音速进气道再起动过程进行了数值模拟,研究了攻角变化对超音速进气道再起动特性的影响.结果表明,当超音速进气道不起动时,可通过合理改变攻角实现进气道的再起动工作;超音速进气道的再起动攻角随攻角变化速率的增大近似呈线性增加;攻角变化速率较...     

基于遗传算法的再入航天器配重布局优化

提出了一种在遗传算法框架内实现再入航天器配重布局优化的方法,获得的配重分布,可以尽可能小的配重重量代价使再入航天器满足复杂的质量特性要求。该方法将再入航天器可安装配重的区域离散为大量小面积配重区,使每个配重区对应固定质量的配重块,从而对配重布局设计变量进行离散编码,在此基础上建立起再入航天器配重布局优化问题的数学模型,并采用遗传算法求解该优化问题。对某再入航天器示例进行仿真验证,得到优化配重布局方案,以小的配重用量同时满足了质心位置、惯性矩和惯性积的复杂质量特性约束,配重布局显示出复杂空间分布的特点。文章的结果可为各类航天器的配重布局优化提供借鉴。     

硼颗粒聚团着火过程研究

针对含硼推进剂固体火箭冲压发动机内硼颗粒聚团的着火过程开展了系统研究,考虑硼颗粒聚团内部气相扩散及颗粒聚团与周围环境的传热传质过程,建立了一维硼颗粒聚团着火模型,详细分析了环境总压、环境气体温度、氧气摩尔分数、聚团半径、聚团孔隙率以及硼颗粒粒径对硼颗粒聚团的着火温度和着火延迟时间的影响规律。结果表明:硼颗粒聚团能够在比单颗粒硼着火温度更低的环境温度下实现着火,且着火温度随聚团半径、氧气摩尔分数的增加而降低,随环境总压、聚团孔隙率以及硼颗粒粒径的增加而增大;硼颗粒聚团着火延迟时间随环境气体温度、氧气摩尔分数和颗粒聚团孔隙率的增加而减小,随硼颗粒粒径的增加而增大。在较高的环境总压下,硼颗粒聚团的着火延迟时间随环境总压增加而增大。     

方波形单脉冲射流调节对进气道 再起动特性的影响

对方波形单脉冲射流作用下的混压式超声速进气道再起动过程进行了非定常数值仿真研究.结果表明,在外压缩楔面注入单个周期的方波形脉冲射流,在射流阻挡作用下,进入进气道的流量减小,脱体激波被吸入唇口,当射流流量大于某阈值后,进气道即能实现再起动.该阈值约为进气道流量的5%,再起动所需的射流作用时间小于15ms,所需的射流总质量小于0.0014kg.研究还发现,当射流流量略小于阈值时,射流作用下的进气道流场为135Hz的高频振荡流场.当射流流量大于阈值时,射流流量越大,流场响应越快,再起动所需的脉冲射流作用时间也越短,射流总质量越小.      

二元混压式进气道窄缝形射流调节结构参数设计

针对窄缝形主动射流用于二元混压式超声速进气道再起动特性调节的结构参数设计,开展了大量定常数值模拟研究,得到了窄缝位置、宽度及喷射角度等结构参数对再起动特性的影响趋势,利用少量非定常算例验证了定常计算结果的准确性.结果表明:射流的注入使进气道产生超声速溢流,并出现可动气动喉道等新的再起动流场特征.约进气道流量1%的射流流量能产生约5%的溢流量,在溢流作用下,4.5%~11%的射流流量使进气道实现了再起动,射流流量越大,射流分离区也越大,进气道越难实现再起动.研究还发现:窄缝位置及宽度对射流溢流效率的影响很小,但窄缝位置存在一个有效作用范围,只有在距唇口35~65mm的位置注入射流,进气道才能实现再起动.射流喷射角对射流溢流效率的影响较大.射流喷射角越大,射流的溢流效率越高,再起动所需的射流流量及其范围也越小.      

双通道内并联式进气道模态转换过程流动特性分析

针对双通道内并联式进气道，采用数值模拟方法研究了模态转换过程中分流板高度对抗反压能力及高/低速通道质量流量耦合时的流动特性，得到低速通道工作边界曲线，并使用动网格计算方法验证了其可靠性。结果表明：模态转换过程中随着低速通道反压增大，结尾激波会扰出低速通道并在喉道处周期性振荡，进而影响高/低速通道质量流量分配特性；当结尾激波发生周期性振荡时，反压越大，振荡频率越小，当反压进一步增大时，进气道将出现不起动；随着低速通道关闭程度增大，其抗反压能力减弱，进气道更容易发生不起动。     

基于MISQP的再入航天器质量特性配平设计

为解决某再入航天器质量特性配平过程中质量、质心、惯性矩及惯性积等多个约束条件相互耦合的问题,文章建立了再入航天器配平设计优化问题的数学模型,采用基于混合整数序列二次规划(MISQP)的优化方法获得配平设计最优解,以最小的配平用量同时满足了质心位置、惯性矩和惯性积等复杂质量特性的约束,并与测试结果进行了对比,结果表明设计值与实测值基本一致。文章提出的配平设计方法可为各类航天器的配平布局优化提供借鉴。