火箭发动机装药包覆层厚度信号处理技术研究

用超声测量火箭发动机装药包覆层厚度时,当包覆层较薄时检测回波信号会出现时域混叠。基于时域混叠信号的特点,提出了一种时间延迟估计的新方法。该方法用维纳解卷积消除了检测始波对时间延迟估计的影响，并对剩余信号进行了三次能量倒谱分析，准确直观地估计出了信号延迟时间。该方法已在开发的超声探伤系统中得到了验证。实验结果表明，该方法能准确估计出时域混叠信号的延迟时间，提高了火箭发动机装药包覆层厚度的测量精度。     

硅橡胶包覆层材料的增强研究

选择双组份缩合型室温硫化硅橡胶作为包覆层的基材，分析了硅橡胶包覆层的增强途径，考查了四种填料对硅橡胶包覆剂力学性能的影响规律，并对白炭黑补强的机理进行了讨论。最后优化研究了固体组份的添加量。     

双基推进剂包覆层界面脱粘敲击检测系统设计

双基推进剂橡胶包覆层界面脱粘降低了推进剂工作性能，使其运行存在潜在的安全隐患。针对此问题，设计并开发了一套由信号处理组件、自动化控制组件和智能诊断组件构成的敲击检测系统，旨在通过自动化控制与智能敲击诊断技术相结合，更加全面的获取待测件的状态，提高检测的准确性和可靠性。实验结果表明，敲击检测系统可以识别橡胶包覆层脱粘缺陷，并且当敲击检测分辨率为3~10 mm时，脱粘缺陷检测准确率≥87.5%；BP神经网络隐含层神经元数设置6或7时，故障识别效果良好，K-means聚类算法对敲击检测数据故障确诊率≥90%。综上所述，敲击检测系统具有较高的检测分辨率和准确率，可以实现对双基推进剂包覆层粘接质量的客观评价。     

药柱的包覆层质量控制与工艺试验

药柱的包覆层是由多种材料成份组成，的制成包覆层必须保证药柱的燃烧沿着其轴线方向缓慢，匀速地进行，产生的燃气分别供给燃气舵机和涡轮发电机工作使用。     

水性聚氨酯乳液的制备及其包覆RDX的研究

为提高复合固体推进剂(NEPE)的性能，采用乳液聚合一破乳的方法，用水性聚氨酯(WPU)乳液对固体填料黑索今(RDX)进行包覆。FTIR，GPC表征了WPU的结构特征；正交实验确定了最佳包覆条件：1．00g的RDX，破乳剂用量占乳液用量的1／4，反应时间为20min，反应温度40℃。通过SEM，XPS和包覆层质量百分数对包覆后的RDX进行表征。结果表明：WPU包覆后的RDX表面有清晰包覆层，包覆度R为65．15％；WPU包覆层的质量百分数为1．48％。撞击感度实验表明包覆后RDX的特性落高h50为45．3cm，比包覆前提高了19cm。实验证明：水性聚氨酯乳液聚合一破乳方法包覆RDX，能够显著提高RDX的钝感性能。     

国外绝热包覆层无烟化的研究方法

一、绝热包覆层无烟化研究的现状 目前国外绝热包覆无烟化研究中普遍采用的方法有下列三种:1.选择无烟的绝热包覆基体材料;2.在绝热包覆层配方中加入能消烟的添加剂;3.采用特殊的工艺方法。 毫无疑问,选择无烟的绝热包覆基体材料是最理想的方法。遗憾的是,由于与固体推进剂的相容性、粘接性,以及自身的耐烧蚀性等诸多因素的制约,目前还没有一种理想的无烟绝热包覆材料。Evans等人对目前常用的绝热包覆材料详细地做了试验,结果表明:较好的无烟绝热包覆材料是脂肪族类化合物,其碳氧比例最好是1:1,而且支链要尽可能少。因为支链     

固体火箭发动机包覆层力学性能与交联密度的相关性建模研究

介绍了包覆层力学性能的研究进展,综述了交联密度的测试方法和应用,分析了现有的本构模型并提出改进意见。研究表明:包覆层在复杂环境下的力学性能研究是下一步研究的重点;从微观机理分析包覆层的宏观力学性能是其力学研究的趋势;核磁共振仪等现代仪器的运用可以克服传统方法的不足,具有较大的发展空间。     

NiCoP合金包覆空心微珠粉体的制备

采用粉体化学镀技术，以AgNO3取代常见的贵金属盐PdCl2作为活化剂，H2PO2^-取代Sn^2 作为还原剂，在空心微珠表面包覆NiCoP合金。利用扫描电镜、能谱分析仪分析包覆层的形貌和成分。结果表明NiCoP合金均匀包覆在空心微珠表面。并提出了这种改进工艺的一种可能的机理。     

FGH96合金包覆挤压过程数值模拟

采用有限元数值模拟与正交设计相结合的方法对热等静压态FGH96合金包覆挤压过程进行了数值模拟,系统分析了模具模角、工作带长度、入口圆角半径等模具关键结构参数对包覆层完整性、芯料挤压比和成形载荷的影响规律。确定了模具结构参数的最佳组合。结果表明:随着模角的减小、工作带长度的缩短和入口圆角半径的增大,有利于提高包覆层安全性,增大芯料挤压比。     

EPDM包覆层材料准静态压缩实验及力学模型研究

三元乙丙(Ethylene Propylene Diene Monomer,即EPDM)材料的力学性能对使用其作为包覆层的固体火箭发动机起到关键的作用。利用万能试验机进行EPDM包覆层材料常温下的准静态压缩实验,通过实验发现,EPDM包覆层材料具有明显的超弹特性和率敏感特性。提出采用超弹模型来描述材料压缩变形下的力学性能,通过比较Mooney-Rivlin模型、Ogden模型和Polynomial模型的拟合结果,发现二阶Polynomial超弹模型的精度最高,故选取Polynomial超弹模型作为EPDM包覆层材料的本构模型,并考虑其率相关特性,拟合超弹及率相关两部分的材料参数。对比实验结果,发现压缩模型能很好地预测40%应变内的EPDM材料的力学性能。     

Estimations of the Seismic Pressure Noise on Mars Determined from Large Eddy Simulations and Demonstration of Pressure Decorrelation Techniques for the Insight Mission

The atmospheric pressure fluctuations on Mars induce an elastic response in the ground that creates a ground tilt, detectable as a seismic signal on the InSight seismometer SEIS. The seismic pressure noise is modeled using Large Eddy Simulations (LES) of the wind and surface pressure at the InSight landing site and a Green’s function ground deformation approach that is subsequently validated via a detailed comparison with two other methods: a spectral approach, and an approach based on Sorrells’ theory (Sorrells, Geophys. J. Int. 26:71–82, 1971; Sorrells et al., Nat. Phys. Sci. 229:14–16, 1971). The horizontal accelerations as a result of the ground tilt due to the LES turbulence-induced pressure fluctuations are found to be typically \(\sim 2 \mbox{--} 40~\mbox{nm}/\mbox{s}^{2}\) in amplitude, whereas the direct horizontal acceleration is two orders of magnitude smaller and is thus negligible in comparison. The vertical accelerations are found to be \(\sim 0.1\mbox{--}6~\mbox{nm}/\mbox{s}^{2}\) in amplitude. These are expected to be worst-case estimates for the seismic noise as we use a half-space approximation; the presence at some (shallow) depth of a harder layer would significantly reduce quasi-static displacement and tilt effects.We show that under calm conditions, a single-pressure measurement is representative of the large-scale pressure field (to a distance of several kilometers), particularly in the prevailing wind direction. However, during windy conditions, small-scale turbulence results in a reduced correlation between the pressure signals, and the single-pressure measurement becomes less representative of the pressure field. The correlation between the seismic signal and the pressure signal is found to be higher for the windiest period because the seismic pressure noise reflects the atmospheric structure close to the seismometer.In the same way that we reduce the atmospheric seismic signal by making use of a pressure sensor that is part of the InSight Auxiliary Payload Sensor Suite, we also the use the synthetic noise data obtained from the LES pressure field to demonstrate a decorrelation strategy. We show that our decorrelation approach is efficient, resulting in a reduction by a factor of \(\sim 5\) in the observed horizontal tilt noise (in the wind direction) and the vertical noise. This technique can, therefore, be used to remove the pressure signal from the seismic data obtained on Mars during the InSight mission.     

利用雷诺方程数值模拟波形壁湍流扰动场

为了研究波形壁湍流及由波形壁引起的扰动场,本文将N-S方程的联立解法应用于湍流。扰动场是从时间平均的湍流场中直接分解出来的。由此计算的类Stokes层仅局限于壁面附近的薄层内,它的特征可以通过对扰动场的分析加以解释。     

超燃冲压发动机等截面隔离段流动特性的LBM模拟

为了探寻研究超燃冲压发动机隔离段内复杂流动的新方法,采用耦合的双分布函数格子-Boltzmann方法(LBM)对不同条件下隔离段内的流动进行了研究,分析了出口反压、进口马赫数、进口附面层厚度对隔离段流动特性的影响.结果表明:随着出口反压、进口附面层厚度的增加,以及进口马赫数的减小,可使激波串起始位置前移.结果说明耦合的双分布函数LBM有望成为研究超燃冲压发动机内复杂流场的一种有效的数值模拟手段.      

高温环境对振动测试信号传输参数的影响

为了研究发动机试车运行时高温环境对振动特性测试信号传输参数的影响, 利用电磁场-热耦合理论, 探讨了温度场对电磁场各场量的影响.结合实际测试传输网络, 提出了一种能有效提取多导体传输参数的传输电路法.该方法用经典的能量法进行了验证, 取得了很好的一致性.电阻和电感参数均随环境温度的升高而增加, 且电阻受温度影响的变化幅度尤为明显.多输出响应时多导体的邻近耦合响应随温度升高而加剧, 互电参数受温度和导体间距的影响明显.      

固体中脉冲超声波传播的有限差分模拟

脉冲超声波传播过程的模拟研究对实际超声检测的信号分析具有重要的借鉴意义。对弹性固体中的声场方程应用时域有限差分法,进行了二维声场特性研究。通过完全匹配层方法对截断边界的吸收处理,解决了无限自由空间的计算问题。模拟计算表明该方法可用于各向异性介质的分析。分析了液固耦合情况下的超声波传播特性,取得了与光弹法物理试验相一致的结果。通过与平底孔试块实际缺陷回波信号的对比,验证了脉冲超声波有限差分法模拟计算的有效性和正确性。     

分流机匣对风扇/压气机性能影响的计算比较

采用流线曲率法、端部势流场分析加附面层修正等数值模拟手段,就分流机匣对风扇/压气机性能的影响展开研究,主要针对分流机匣端部中弧线形状、端弧形状,以及其轴向位置所引起的风扇/压气机特性变化规律进行了分析。研究结果表明:分流机匣几何参数及其轴向位置对整个风扇/压气机的性能有相当大的影响,对其几何参数的合理选取可以使风扇/压气机在较大的涵道分流比范围内,有效控制机匣内外表面附面层流动状况,在抑制紊流附面层分离,改善堵塞裕度方面有独特作用。      

激波/边界层干扰及微型涡流发生器控制研究进展

激波/边界层干扰是一种发生在超声速/高超声速流动中的普遍现象。该现象将引起分离、流场结构振荡、局部高热通量和压力载荷。主要总结了近十年来激波/边界层干扰特性与微型涡流发生器及其组合体在流动控制中的最新进展。微型涡流发生器是目前研究最多、应用最广泛的控制方法,其流动机理和控制特性被大量挖掘。为了适应来流条件的变化、满足实际工况的需要,应开发定量评估和参数化设计方法。同时,应探索微型涡流发生器与其他控制方法的组合,实现更大程度、更广范围流场的控制。     

同轴型微波等离子推力器磁场效应

在2.45 GHz同轴型微波等离子体推力器中加入磁场可以提高推力器的性能。这是由于磁场的存在,在推力器启动阶段会形成电子回旋共振区;稳定工作时,等离子体获得的焦尔热比没有磁场时高,这些都增加了等离子体吸收的微波能量。以氩气为工质,对外加磁场微波等离子推力器进行了实验研究,结果表明,推力器可以达到较高的耦合效率。对等离子体羽流的诊断则表明,外加磁场提高了推力器谐振腔内工质气体的电离度。     

A 3D hybrid grid generation technique and a multigrid/parallel algorithm based on anisotropic agglomeration approach

A hybrid grid generation technique and a multigrid/parallel algorithm are presented in this paper for turbulence flow simulations over three-dimensional (3D) complex geometries. The hybrid grid generation technique is based on an agglomeration method of anisotropic tetrahedrons. Firstly, the complex computational domain is covered by pure tetrahedral grids, in which anisotropic tetrahedrons are adopted to discrete the boundary layer and isotropic tetrahedrons in the outer field. Then, the anisotropic tetrahedrons in the boundary layer are agglomerated to generate prismatic grids. The agglomeration method can improve the grid quality in boundary layer and reduce the grid quantity to enhance the numerical accuracy and efficiency. In order to accelerate the convergence history, a multigrid/parallel algorithm is developed also based on anisotropic agglomeration approach. The numerical results demonstrate the excellent accelerating capability of this multigrid method.     

基于流场/声爆耦合伴随方程的超声速公务机声爆优化

基于自主研发的大规模并行结构化网格CFD求解器PMB3D以及并行化伴随方程求解器PADJ3D，开展了流场/声爆伴随方程的求解研究。首先采用标准算例，对内部CFD代码PMB3D软件和声爆预测代码进行了声爆计算可信度验证，以及声爆强度对近场声压梯度的校核。针对并行环境下多块对接网格的近场声压提取操作的复杂性，提出了"包围盒"的方法实现并行环境下近场声压装配单元编号、网格块编号以及对应的进程编号确定，基于声爆计算坐标将并行传递的数据进行一维排序，为声爆预测、伴随方程以及梯度求解提供输入条件。通过线性插值雅克比矩阵实现均匀坐标系梯度信息向非均匀坐标转换，并进一步根据结构化网格特征提出了插值原则，简化了近场声压转换雅克比矩阵的变分。通过装配单元记录，实现声爆强度对流场守恒变量的变分结果向各个进程装配，将装配结果作为流场伴随方程的右端项实现流场声爆耦合伴随方程的求解。此外，对小型超声速公务机开展了声爆优化，对比分析了设计前后的声压及其频谱特性。