铝冰发动机内流场的数值计算

为了使用数值模拟的方法计算铝冰发动机的性能,用颗粒表面反应模型和气相反应模型模拟铝颗粒在铝冰发动机燃烧室中与水蒸气的燃烧过程,用欧拉-拉格朗日方法计算颗粒沿轨迹的参数,分析了数值模拟的结果,并进行了相同尺寸的铝冰发动机实验,把数值模拟结果与实验结果进行了比较。数值计算得到的燃烧室稳态工作压强约为9.38 MPa,与实验结果接近,燃烧室平均温度为2950.65 K,相比热力计算得到的推进剂燃烧温度略低。通过对铝冰发动机的内流场数值计算,得到了与实验相符合的结果,验证了数值计算模型的有效性。     

旋转对固体火箭发动机燃烧室燃气流动的影响

采用RNG k-ε湍流模型,计算了某管状装药旋转固体火箭发动机在不同旋转速度情况下的燃烧室喷管统一流场,着重分析了不同转速情况下燃烧室内燃气流动的特点,得到了该发动机燃烧室内旋流切向速度沿径向分布趋势以及旋流涡核半径在不同转速情况下的变化特点,对燃烧室前封头局部区域的流场结构也进行了较为细致的分析.     

二维变厚板的J积分分析

一、二维变厚板的J积分扩充表达式本文将J.R .Rice提出的J积分公式扩充应用到二维变厚板。本文把变厚度的影响以修正项形式引入J积分公式 ,从而推导出二维变厚板的J积分扩充表达式。首先研究无体积力条件下变厚板的平衡方程式 ,对图 1所示的微元体 ,在x1和x2 方向上 ,根据平衡条件导出各应力分量之间的关系式。 σ11/ x1+ σ12 / x2 + 1 /B(σ11 B/ x1+σ12 B/ x2 ) =0 σ2 1/ x1+ σ2 2 / x2 + 1 /B(σ2 1 B/ x1+σ2 2 B/ x2 ) =0 ( 1 )　或σij,j+ ( 1 /B)σikB,k =0　 (i,j,k=1 ,2 ) ( 2 )　图 1　二维变厚板的力平衡…     

Rankine涡作用下激波变形和分叉的数值研究

数值模拟了激波和Rankine涡相互作用，重点研究了波涡相互作用引起的激波结构的变化过程。应用非结构化适应网格下的二阶精度Godunov型的PLM格式来求解Elder方程，对一平面激波与不同涡强Rankine涡相互作用下瞬态激波的运动、发展进行了研究。漩涡与激波间相对强度的大小对激波结构的影响明显，弱相互作用诱导激波变形，强相互作用诱导激波变形并产生分叉。计算结果表明，应用非结构化适应网格的PLM格式所得到的数值解较好地反映了瞬态激波结构的有关特征和信息。     

基于双向流固耦合方法的柔性变结构喷管性能分析

为研究柔性变结构喷管的高度补偿潜力,本项研究利用ANSYS平台,基于双向流固耦合方法,对柔性变结构锥型喷管进行数值模拟,分析了飞行高度和柔性材料的弹性模量对喷管性能的影响。模拟结果表明,随着飞行高度的升高,柔性喷管变形加剧,喷管内部流场呈现出膨胀波-激波-膨胀波的波系特征,喷管柔性段的最大型面变形量和壁面最大应力逐渐增大。当材料弹性模量大于100 MPa时,喷管柔性段型面变形对流场的影响将可以忽略。研究显示,该柔性喷管的低空比冲显著高于传统喷管,高空比冲仅略低于传统喷管,其6 km设计高度下较传统喷管有1.462%的高度积分比冲增益。     

膨胀偏流喷管高度补偿机制数值研究

为了研究膨胀偏流喷管高度补偿性能,采用CFD方法,对环喉式(ATEDN)和分散式(DTEDN)膨胀偏流喷管在不同高度的工作状态进行了研究,分析了高度变化对膨胀偏流喷管性能的影响和膨胀偏流喷管的高度补偿机制。结果表明:在工作高度0km～15km内,膨胀偏流喷管推力系数优于传统喷管,具有自动补偿能力,其工作模态是从低空"开放"模态转换到高空"闭合"模态。环喉式膨胀偏流喷管性能优于分散式膨胀偏流喷管,其中心体尾锥角、收敛角和初始角存在最优角度,分别为70°,5°和65°,其中收敛角对性能影响较小。对于分散式膨胀偏流喷管,喉孔数目为6喉孔的喷管高度积分总冲比4喉孔的喷管高1.94%;采用带状喉孔的喷管高度积分总冲比圆孔喉口的喷管高3.47%。     

旋转固体火箭发动机燃烧室内流场分析解

对带壁面质量注入的旋转通道(具有柱形装药旋转固体火箭发动机通道)内流场进行了研究。通过解析方法求解简化后的欧拉方程,获得了无粘情况下的旋转通道解析解。在此基础上,运用摄动法中的渐进展开匹配法求解引入粘性修正的切向动量方程,并获得解析解,表明切向速度分布解具有组合涡特征。分析了涡核半径与注入雷诺数及旋转转数的关系,得到了可压缩修正条件下的组合涡规律。     

Rankine涡作用下激波变形和分叉的数值研究

数值模拟了激波和Rankine涡相互作用,重点研究了波涡相互作用引起的激波结构的变化过程.应用非结构化适应网格下的二阶精度Godunov型的PLM格式来求解Euler方程,对一平面激波与不同涡强Rankine涡相互作用下瞬态激波的运动、发展进行了研究.漩涡与激波间相对强度的大小对激波结构的影响明显,弱相互作用诱导激波变形,强相互作用诱导激波变形并产生分叉.计算结果表明,应用非结构化适应网格的PLM格式所得到的数值解较好地反映了瞬态激波结构的有关特征和信息.     

二次喷射阀门作动对侧向力的影响

针对潜入式喷管燃气二次喷射推力矢量控制系统,利用AUSM+格式,并结合Realizable k-ε湍流模型,对喷管内二次喷射流场进行数值模拟。主要研究二次喷射阀门作动过程中侧向力的变化规律,分析正弦波、三角波2种作动方式和5、7、10 Hz 3种频率对侧向力的影响规律。结果表明,在阀动过程中侧向力变化与阀门开度变化趋势相同,大体上侧向力随阀门开度增加而增加,随阀门开度减小而减小,但存在一定的时间和空间滞后,侧向力变化滞后于阀门位置变化,最大侧向力出现在半个周期以后,即最大开度出现时刻之后,且阀门重新闭合后,很短时间内仍有侧向力残存,相同开度下,侧向力有如下大小关系:关闭过程大于准稳态,二者又大于开启过程中的侧向力;从最大侧向力出现时刻分析滞后时间τD,在波形上三角波下滞后时间τD要大于正弦波下的τD,在频率上10 Hz下的τD最大,5 Hz下的τD最小;从侧向力相对残存时间τR分析时间滞后,在波形上三角波下的τR要大于正弦波下τR,在频率上7 Hz下的τR最大,5 Hz下的τR最小。     

喷管摆动角度和频率对SRM中压力振荡响应特性的影响

喷管摆动可能会诱发燃烧不稳定性,而不稳定性问题已经受到了国内外研究人员的高度重视。为了研究喷管摆动角度和频率对燃烧室内压力振荡响应的影响,采用数值模拟方法,在给定某时刻装药燃面、喉径和正弦摆动方式下,对不同摆角和摆频下的发动机燃烧室压强变化规律及喷管摆动过程的响应规律进行数值分析。研究表明:固定摆动频率,改变摆动角度,燃烧室内平均压力都随时间小幅度上升,摆动角度为3°和7°时,平均压强增量较其它角度而言较为明显;固定摆动角度,随着摆动频率的增加,喷管摆动引起燃烧室内低频响应幅值在增加;由喷管摆动所引起的燃烧室压力振荡频率主要集中在100Hz以下的低频区。