先进固体火箭发动机(ASRM)喷管简介

ASRM 喷管装置主要包括两个组件,即前喷管和后出口锥。前喷管由柔性密封接头和绝热体组成,它具有8°全轴推力向量控制的能力.柔性密封接头是由 D6AC 钢增强片、天然橡胶垫片和 D6AC 钢前、后端环组成.接头被安装到有绝热层的 D6AC 固定座以及7050铝制整体头部入口和喉部支撑罩上.喷管头部入口和喉部的火焰表面烧蚀环用标准密度(1.45g/cm~3)的碳布酚醛带缠绕制成,前喷管组件的出口锥烧蚀层也     

喉部曲率半径对最大推力喷管性能的影响

针对不同喉部结构进行了最大推力喷管型面设计计算,分析了不同曲率半径对喷管流量系数、几何效率、推力系数、扩张损失和分离点位置的影响。结果表明：流量系数随上游曲率半径的增大而增大,推力系数和几何效率随下游曲率半径的增大而减小;下游曲率半径的增大导致扩张损失在小范围内不断减小,分离点位置后移。     

固体火箭发动机推力可调塞式喷管数值模拟与冷流试验

为满足高性能导弹推进系统需求,提高固体火箭发动机推力矢量调节性能,综合塞式喷管高度补偿和结构功能一体化的特点,设计了一套环喉型固体塞式喷管。该喷管由小喷管膨胀段和中心塞锥组成,通过移动小喷管膨胀唇部的位置,改变喉部面积大小,实现推力可调,采用数值模拟方法预估了其推力性能。对塞式喷管进行了地面冷流试验,测定了其推力性能。结果表明:环喉型塞式喷管推力性能的数值模拟结果与试验结果相吻合。当塞式喷管喉部面积满足0.7倍变化时,可实现塞式喷管推力4∶1的调节变化,同时具有明显的高度补偿效应。未来可进一步优化内喷管设计,使其广泛适用于全空领域导弹动力系统,提高发动机性能。     

喷管喉部型面对发动机效率的影响

采用轴对称无粘流动模型，计算固体火箭发动机喷管喉部上，下游曲率半径和圆柱长度对发动机比冲，喉部流量和推力效率的影响，经与实验数据比较，证明该方法可行。研究结果得出喷管喉部型面应是具一定大小的上，下游曲率半径，并有一较短的圆柱段。文中提供的喉部型面参数的一般取值范围可供设计参考。     

MX导弹喷管用先进材料评论

目前正在进行研制石墨材料,准备用于MX 第一级和第二级固体火箭喷管的入口部,喉部,后喉部,出口锥和可延伸出口锥。这些材料必须经受住新型洲际弹道导弹(ICBM)喷管系统的苛刻的结构、化学侵蚀,粒子冲刷和高温环境。该系统的燃烧室压力可达127公斤/厘米~2,火焰温度为3700°K 至3922°K。叙述了第一级和第二级全尺寸试验喷管的现状。还提出了在喷管设计、石墨材料研制以及预期性能改进方面进一步工作的方向。     

二相流的最大推力喷管

本文针对在流场中含有凝态和固态颗粒的最大喷管设计进行了最佳分析。编制一套设计程序,程序中分析一个假定的喷管形状,确定它是否为最大推力喷管,若不是,就用松弛法修正假定的形状,直到获得最大推力喷管为止。参数的研究说明颗粒尺寸、喷管收敛角、喉部曲率半径、颗粒阻力、热传递系数、颗粒与气体质量流量比以及喷管尺寸的影响。     

远地点发动机碳/碳喷管的进展

本文试图分析近五年来远地点发动机碳/碳喷管的设计进展。第一代碳/碳喷管的特征是:①用多向增强的碳/碳编织的小型整体的喉衬和入口段(整体的喉衬和入口段以下简称 I.T.E);③薄壁的碳/碳出口锥与 I.T.E 用螺纹连接。出口锥前端的直径小,引起了振动特性问题和制造成形困难。为此所作的一项改进是加大出口锥前端的直径,这样产生了一个新的无支撑延伸的 I.T.E 方案。最近有一项改进具有当前技术水平,就是用新的 V 式锥形接头代表出口锥和 I.T.E 之间的螺纹接头。本文讨论了这些不同设计的优点和试验结果。远地点发动机喷管设计的下一项改进将是采用陶瓷/陶瓷材料把喷管与燃烧室连接起来。     

最大推力喷管型面计算方法

对Ｒａｏ喷管型面（一种最大推力喷管型面）计算方法进行改造，使之在附加了最大推力鸡束条件（给定喷管出口直径）的情况下确定最大推力喷管型面，用这个方法给出了与某个已知喷管型面有相同的结构约束条件的喷管型面，本方法不同于其它方法的根本特点是：能为喉部具有平直段的喷管计算最大推力型面，对给定喷管出口半径时的设计条件很适用。     

喷管流场和性能计算及其影响因素

本文计算和分析了火箭发动机喷管内的流场和参数。通过流场和参数的分析,清楚地说明了最大推力喷管优于锥形和圆弧形喷管。本文还叙述了合理选取喷管参数,如喉部上、下游曲率半径,喷管长度比和绝热指数的一般原则。     

全复合材料宇航发动机可行性验证

1982年11月,空军火箭推进实验室成功地进行了由若干先进的部件组成的发动机的高空模拟点火试验,从而完成了全复合材料固体火箭宇航发动机可行性的验证。这次试验使法国欧洲推进公司与美国联合工艺公司化学系统分公司分工合作为期三年的研制工作达到高潮。发动机接近于全复合材料结构,金属部件几乎完全消除,证实了全复合材料发动机的可行性。经过验证的先进部件有:1)凯夫拉—环氧树脂燃烧室的复合材料极性接头;2)轻质的燃烧室绝热层;3)适用于头部满装药且安装在喷管上提供飞行用的环形点火器;4)高性能的 HTPB/HMX 先进宇航发动机推进剂;5)具有无支撑整体喷喉和入口段,以及能直接适应推力向量控制作动器载荷(在未来试验中)的薄壁出口锥的特轻喷管;6)连接出口锥与整体喷喉和入口段的套装式出口接头。     

比例式变推力固体姿控发动机非稳态特性研究

为了研究比例式变推力固体姿控发动机的内流场非稳态特性,建立了比例针栓推力器的二维轴对称计算模型,基于动网格技术模拟入口压强随喉部面积变化而变化的推力器工作模式,得到了内流场各性能参数的变化规律。结果表明:在非稳态工作过程中,内流场会出现典型的亚音速回流区、斜激波和流动分离等特征,入口压强、针栓壁面及喷管壁面压强均随针栓靠近喉部而增大,推力器推力逐渐上升,实现了推力连续调节。开关频率会加剧针栓前进过程中头部压强波动。针栓头部收敛角越大,其头部回流区越小。当喉部面积一定时,燃速压强指数越高,发动机压强与推力变化范围越大,为实现预设的推力调节范围,需要选择合适的燃速压强指数。     

火箭发动机斜切喷管流场与推力特性的数值模拟研究

为研究固体火箭发动机斜切喷管流场与推力特性,采用非定常可压缩N-S方程与Realizablek-ε湍流模型相结合的方法,并运用混合网格技术,对不同角度斜切喷管的流场特性与推力特性进行数值模拟研究。结果表明,对于斜切喷管发动机,当喷管入口采用倾斜安装形式时,会存在一定的质量流量损失,喷管实际质量流量为理论流量的0.938;对于不同角度的斜切喷管,喷管喉部与喷管扩张段对称结构部分的速度场分布状况基本相同,而在喷管扩张段非对称部分,速度场分布存在一定的单边现象;当喷管斜切角度从45°增大到90°时,喷管轴向推力Fx线性增大,侧向推力Fy线性减小,推力偏转角度则从2.323°减小到0.063°,但对发动机喷管中燃气的质量流量与喷管总推力的影响不大。     

微喷管流场及其推力性能数值模拟

采用连续介质模型和分子运动模型系统地研究了二维微喷管内的流场及推力特性，重点考察了连续介质模型的适用性、微喷管工作条件和几何结构对流场结构和喷管性能的影响。研究结果表明，在努森数不大时，两种方法的结果基本符合。当努森数大于0．045时，连续介质模型与分子运动模型模拟结果差异较大。微喷管的推力和喉部雷诺数与喷管的入口压力、喉部宽度近似成线性变化；微喷管收缩角、扩张角给定时，其扩张段的长度仅影响推进性能，对流场结构影响较小。在喉部尺寸和扩张比一定时，扩张角为22度的微喷管推进性能最佳。     

可用于战术导弹的针栓喷管发动机技术

针栓喷管发动机是国外正在研制的一种固体火箭发动机。它所采用的针栓式喷管是在一个普通的喷管的喉部插入一个由先进材料制成的可移动栓棒，栓棒的前后移动改变了喷管喉部的横截面积，引起燃烧室内压强变化，进而使发动机推力改变。这种变推力发动机能为导弹提供随控推力和随控飞行速度，增大导弹的射程，缩短打击时间，增加任务的灵活性和实施精确打击的能力。     

基于混合正交法的环喉式膨胀偏流喷管性能影响因素研究

利用混合正交法设计数值模拟实验对环喉式膨胀偏流喷管(ATEDN)的工作过程进行研究，以获得ATEDN在不同工作模态的流场特征并分析入口压力、扩张比和塞锥基底半径三个影响因素共同作用下喷管性能的变化规律及各因素对喷管性能影响的显著性。采用FLUENT商用软件对ATEDN在0～31 km高度范围内的工作状态进行模拟。模拟结果表明，ATEDN在不同工作高度下存在开放-固壁反射、开放-自由边界反射和闭合三种基本工作模态。根据喷管流动经历的不同工作模态特征，将喷管的工作过程进行分类，具有不同工作过程的喷管推力性能存在显著差异。结果对比发现，在所选的参数水平下，塞锥基底半径是影响高度积分平均比冲的最显著因素，其次是扩张比，入口压力影响最小。随着喷管扩张比的增加，高度积分平均比冲降低；随着喷管入口压力和塞锥基底半径增加，高度积分平均比冲增加。     

先进的航天发动机试验

本文报导一种航天发动机的高空模拟点火试验。这种发动机综合利用了几种先进技术:90%固体燃料的端羟基聚丁二烯/铝粉/过氯酸铵/奥克托金推进剂;在凯夫拉壳体内的头端满装药;无支撑的整体喉部和收敛段入口;特轻的喷管和用充气膨胀的作动筒展开的可延伸出口锥。这次试验结束了法国欧洲动力公司和美国联合工艺公司化学系统分部之间为期两年的分工协作的研究和试制工作。所达到的比冲值被认为是复合推进剂在样机发动机中的一个最高记录。     

组合循环发动机轴对称环形可调喷管方案研究

针对组合循环发动机双流道轴对称环形喷管提出了一种可调方案,开展了特定工况下喷管三维流场数值仿真,与固定喷管、无扩张段喷管进行了对比。结果表明,通过环形喷管特定型面外壁沿轴向前后移动,可实现喷管喉部面积、面积膨胀比的连续调节,有效提高喷管推力性能;在Ma2～5典型工况下,可调喷管推力系数均大于0. 93,最高约0. 974;固定喷管在非设计点无法匹配发动机需求,可调喷管由于可调节喷管喉部面积,其流量可做到与发动机上游流量准确匹配。采用固定喷管,其流量相对可调喷管最大偏差可达50. 6%;环形可调喷管推力系数总体高于固定喷管和无扩张段喷管。相同工况下,可调喷管较固定喷管推力系数提高最高约31%,较无扩张段喷管推力系数提高最高约14. 6%。     

固体火箭发动机喷管扩张段型面参数对其性能影响仿真分析

固体火箭发动机喷管扩张段型面直接影响喷管内燃气膨胀和壁面压力分布,优化扩张段型面参数是提高喷管效率的有效途径。采用欧拉-拉格朗日数值方法仿真分析了椭圆-三次曲线型喷管在扩张段不同出口半角、初始扩张半角、长径比和扩张比等型面参数下的两相湍流特性及推力性能,数值模拟与基准型面喷管试验结果对比良好。不同型面参数喷管计算结果对比显示,出口半角对喷管推力影响较小,而初始扩张半角对其影响相对明显。流场特性分析表明,扩张段不发生内激波相交时,因避免燃气二次压缩而有利于提升喷管推力。与基准型面喷管相比,适当增大初始扩张半角和减小出口半角,能够改善扩张段内激波结构,提高喷管性能。此外,固定扩张比,长径比小于1.2时,随长径比增大,喷管出口轴向速度积分增长较快,推力收益增速明显。固定长径比,扩张比增大能提高喷管推力系数,但两相流损失随之增加,导致喷管效率降低,综合来讲喷管推力呈上升趋势。     

多单元直排塞式喷管高度特性的数值模拟研究

为了了解多单元直排塞式喷管的高度特性和选择好的塞锥型面设计方案，从曲线坐标下的三维平均雷诺N-S方程出发，用κ-ε两方程湍流模型封闭方程组，采用二阶精度无波动、无自由参数的耗散差分格式(NND格式)，发展了模拟塞式喷管三维流场的数值程序。计算了圆形喉部方形出口内喷管和直排塞锥的流场及塞式喷管的高度特性，比较了优化型面与简化型面的高度特性，研究了塞式喷管高度补偿特性和截短塞锥与全长塞锥在高度特性上的差别及其产生原因。计算表明，塞式喷管在低空具有高度补偿能力；塞锥截短将给塞式喷管的性能带来损失，在低空尤为明显；从低于设计压比的某个压比开始，塞式喷管失去高度补偿能力而进人类似钟型喷管的膨胀状态，截短塞锥将使塞式喷管失去高度补偿能力的压比降低；简化设计的塞锥型面会带来性能上的损失。     

新的INSUL/RITE材料

ICI/Fiberite公司用来评估材料绝热和烧蚀性能的固体推进剂材料试验发动机最近通过了试车,结果完全成功. 这次试车是为了确定新的Insul/Rite弹性化合物中的一种是否可用于高压喷管上. 试车后,在解剖图上所显示的“橡胶喷管”是一块层压模件,包括喷管入口、喉部和出口锥.该模件化合物的代号为MXE-S646,是在高硅氧宽幅编织物上浸渍硅酮橡胶(聚二甲基硅氧烷,PDMS弹性材料).制造时只要用常规的压模成型技术或者在夹具中于高温炉固化即可,无需高的模压.喷管在约163℃的烘炉中固化6个小时,只承受着夹紧压力.