固体火箭发动机内轴对称两相流场的一体化数值模拟

将固体火箭发动机燃烧室和喷管作为一个整体，应用时间相关法进行了轴对称两相流场的一体化数值模拟。对气相采用ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ显式差分格式，对颗粒相则采用特征线法进行计算。计算结果表明该方法可以对带潜入式喷管的发动机内复杂的两相流场进行有效的数值模拟。     

计算机在固体火箭发动机设计与研制中的应用

随着计算机在分析与仿真中的广泛应用,固体火箭发动机工作过程中许多复杂而难以观察的现象已能得到揭示.因此,计算机的应用已成为设计与研制高性能固体火箭发动机的十分重要的手段.本文综述了应用计算机在一些固体火箭发动机的性能预示、设计优化、性能检验和故障分析等方面所取得的成就,并就今后我国在设计与研制固体火箭发动机中如何加强计算机化提出了若干建议.     

固体火箭发动机统一内流流场(一维)的分析方法

本文对固体火箭发动机燃烧室、喷管内的流场进行了统一处理.给出了考虑变截面、有摩擦、加质量、传热、非定常的一维气-固两相流动偏微分方程组.推导出的统一计算方程组可以同时获得发动机燃烧室内孔燃烧流场和喷管流场,即发动机整个内流流场;可用于定常或非定常的纯气相以及气-固两相流流场的计算.通过算例,证明计算与试验结果是十分吻合的.     

一维非定常有加质两相跨音流场隐格式方法

本文成功地用隐格式求解无喷管发动机一维非定常有加质两相跨音流场,为无喷管发动机内弹道的工程计算提供了一个通用的方法。而且,这一成果为整个固体火箭发动机领域流场的一体化计算打下了基础。文中给出了两个算例,给出了计算与实验结果对比的情况。      

固体火箭喷管两相粘性跨音速流场计算

本文进行了固体火箭喷管两相粘性湍流跨音速流场计算.粘性的气相控制方程用隐式近似因子分解法求解,粒子方程采用跟踪粒子轨迹的特征线法求解,粘性湍流选用代数模型,气相和凝相充分地偶合.CFL数可以取500左右,收敛速度快,使粘性两相跨音速喷管流场计算耗费的机时达到工程计算可以接受的程度.通过计算,获得了在粘性和粒子同时作用下的流场参数分布.这对固体火箭发动机流场需要同时考虑粒子和粘性作用的专题研究大有裨益.     

内孔隔板脉冲固体火箭发动机流场分析

为了获得内孔隔板脉冲固体火箭发动机的流场特点,基于该发动机的工作原理,利用商用计算流体动力学软件对第二级脉冲工作时不同时刻的流场进行数值模拟.在纯气相和气同两相条件下,从压强、马赫数和温度三个角度对仿真结果进行分析,总结出了内孔隔板脉冲固体火箭发动机在纯气相和两相时的流场特点.即压强分布相似,马赫数和温度场存在滞后现象...     

导弹/固体火箭发动机一体化设计

本文以两级推力固体火箭发动机为动力的某空-空导弹作为算例,研究了导弹/固体火箭发动机一体化设计的问题.为此,建立了固体火箭发动机的能量模型、质量模型和导弹与目标的数学模型.利用优化理论,成功地完成了九个设计变量的优化问题.优化结果表明,导弹的起飞质量减轻23.3kg(约占总重的9%).     

高过载条件下绝热层烧蚀实验方法研究(Ⅰ)方案论证及数值模拟

分析了高过载对固体火箭发动机流场和绝热层烧蚀的影响规律,提出一种新的研究思路:采用数值模拟方法来预示发动机三维两相流场,建立高过载流场模拟实验装置,开展绝热层烧蚀实验,建立高过载条件下的绝热层烧蚀模型,在此基础上发展高过载发动机绝热层设计和烧蚀预示方法.其中关键技术是高过载流场的模拟,对粒子加入法和弯管分离法两种方案进行了论证,认为弯管分离法原理上是可行的.为了验证这种方案的可行性,开展了弯管通道两相流的数值模拟研究,计算结果表明弯管装置具有使凝相粒子聚集形成高浓度粒子流的功能.     

发展中的航空航天部第三十一研究所

航空航天部第三十一研究所创建于1962年,随着我国国防建设事业的发展,目前已发展成为冲压发动机、固体火箭发动机、固体火箭-冲压发动机、弹用涡喷涡扇发动机等研究、设计、试验和小批量生产的综合性战术导弹动力装置研究所.全所职工千余人,其中研究员、高级工程师300余名,工程师300余名并有国家级有贡献的科学家.经国务院批准为航空发动机、火箭发动机专业硕士学位授予权单位.     

固体火箭发动机喷管CAD系统设计

叙述了一个基于微机的固体火箭发动机喷管ＣＡＤ设计软件的功能及实现过程，内容包括：喷管的型面设计、流场计算、性能预估、结构设计、温度场计算和烧蚀计算等。该软件既可独立地运用于喷管的结构设计，又可以与其它部件的设计软件一起协调工作，共同完成固体火箭发动机的方案设计。该软件已开发成功并投入使用，实践证明具有使用方便、功能完善等特点     

三维燃烧移动边界计算网格示踪技术

以任意设计的固体火箭发动机装药几何形状为对象,分析研究了燃面燃烧移动的基本规律,提出了一种三维复杂燃烧移动边界的示踪方法。它可以用于流场计算、发动机性能预示计算和侵蚀燃烧计算中,也可以发展成为一种燃面计算的新方法。文中以假想三维局部翼形装药为例进行了数值计算。     

船用燃气轮机间冷器流路的数值计算分析

借助计算流体动力学(CFD)数值模拟技术,实现了船用燃气轮机间冷器整个流路的总压损失分析.数值模拟计算中针对间冷器模块采用了等效流通面积和等效换热效果的方法,有效解决了整个流道计算间冷器建模问题.数值模拟计算结果表明,CFD数值模拟技术可以有效的分析包括间冷器在内的整个流路的流场细节,改善间冷器的流路设计.CFD数值模拟技术与间冷换热器设计技术的结合,可以有效提高船用燃气轮机间冷器整个流路的优化设计水平.      

固体火箭发动机的CAD和CAM设想

提出固体火箭发动机领域计算机辅助设计和计算辅助制造的流程图，并认为结构装药设计的性能预示和热防护计算是发动机理论和结构设计的中心内容，计算机制图是设计思想的最终表达。性能预示的核心是考虑燃烧和流动相互作用的工作过程的数值模拟，热防护设计的核心是烧蚀，传热和强度计算。ＣＡＤ和ＣＡＭ系统应当随时吸收新的研究成果，高水平的核心研究成果，对固体火箭发动机性能预示的准确度和理论设计水平的提高具有重要作用。     

水下固体火箭发动机垂直气体射流结构和推力影响研究

为了探究高背压水介质条件下,固体火箭发动机垂直气体射流在浮力影响下的流场结构和发动机推力特点,建立了轴对称几何模型,在考虑有/无浮力的条件下,采用VOF(Volume of Fluid)多相流模型进行气体-水两相耦合仿真计算,获取尾流气体射流流场结构,以及发动机尾部壁面受力和推力振荡曲线进行分析。研究结果表明,考虑浮力的仿真结果更加符合试验结果;射流动量段气体的马赫数分布会导致喷管出口附近的气-水界面产生周期性胀鼓-颈缩,从而引起尾部空间背压振荡,在设计工况下,尾部压力变化范围为环境水深压强的0.327到2.43倍;背压振荡将引起尾壁面受力振荡和推力振荡,振荡频率为736.89Hz;气体射流喷出过程中,气-水界面由速度梯度主导的开尔文-亥姆赫兹（K-H）不稳定性逐渐转变为由重力和浮力主导的瑞利-泰勒（R-T）不稳定性。     

Improvement in Time Efficiency in Numerical Simulationfor Solid Propellant Rocket Motors （SPRM）

The main purpose of the present work is to study the possibilities of reducing calculation time while maintaining the validity in the numerical simulation of the combustion product flow in SPRM chamber. Three ways of decreasing the calculation time-the use of numerical methods of high accuracy order, the reduction in spatial dimension of the problem, and the use of physical features of the processes in SPRM chamber while constructing a calculation model-were considered. Presented calculation data show that the use of these approaches makes it possible to reduce the time for solving the problems of SPRM simulation significantly (up to 100 times). Also conclusions about the applicability of the mentioned above approaches in SPRM design were made.     

变截面管道中激波诱导的两相流动

本文研究扩张型与收缩型变截面管道中激波诱导的非定常两相流动。对于稀相气固悬浮体采用了双连续介质模型,对于两相流动按照准一维近似处理。控制方程则是利用算子分裂技术和二阶GRP方法数值求解。文中给出了波后气固两相的流动结构,并讨论了粒子对两相流场的影响。     

涡轮导向叶片变截面针肋通道内空气流动和传热过程数值模拟

应用紊流ｋ－ε模型、三维适体座标网格结合ＳＩＭＰＬＥＳＴ算法,对涡轮导向叶片尾部变截面针肋通道内空气流动和传热过程进行了数值模拟。该模拟同时考虑了流场、压力场、温度场和物性变化之间的相互耦合作用,可压缩和变物性的影响以及叶片壁内三维导热效果,采取对流—导热耦合传热问题的整体求解法进行数值计算。计算结果与实验符合良好,证明本文建立的数值模型是正确的,可为叶片的优化设计提供一定的依据。     

以N2O为工质的汽蚀文氏管流场仿真

为得到N₂O在汽蚀文氏管中的汽蚀流场分布,以实际气体状态方程和完全汽穴模型为基础,求解两相混合物流动的控制方程组.针对N₂O的特点,对三种不同工况下文氏管的汽蚀流场分别考虑汽化热和不考虑汽化热进行了仿真,并对两种计算结果进行了对比分析.考虑汽化热计算得到的汽蚀区比不考虑汽化热计算得到的要小,而且汽蚀区及周边温度有明显的变化,计算结果更加真实合理,说明了考虑汽化热计算的必要性和正确性,对汽蚀文氏管的设计有一定的指导作用.      

某型发动机涡轮冷却叶片的流动换热耦合计算研究

在对某型涡扇发动机高压涡轮转子叶片冷却结构分析的基础上，建立了流动换热分析的气热耦合计算模型．采用通用流体力学计算软件完成了高压涡轮转子叶片复杂结构的内外流场和温度场的一体化计算，得到了涡轮叶并流动换热的数值计算结果，对其冷却结构的换热效果进行了分析，并对气热耦合计算在涡轮冷却叶片设计中的应用进行了分析和探讨。