Evaluation of pressure oscillations by a laboratory motor

Aeroacoustic pressure oscillation is one of the important challenges in segmented solid rocket motors with high slenderness ratio.The reason for these oscillations can be searched in vortex shedding due to grain burning surfaces, holes and slots.In this paper, a novel sub-scaled motor was used for evaluation of aeroacoustic pressure oscillations.First, the related parameters to scale down using Buckingham’s Pi-theorem were determined and then the sub-scaled motor was designed and manufactured.Af...     

涡脱位置及温度对涡声效应压力振荡影响

为探索涡-声效应对固体火箭发动机中压力振荡特性的影响,基于VKI (Von Karman Institute for Fluid Dynamics)发动机,通过改变挡板位置与燃气温度,对旋涡脱落引起的压力振荡进行了大涡模拟数值研究.耦合分析表明:挡板位于速度波腹附近,压力振荡最为严重;旋涡能量在输运过程中易于被湍流耗散,靠近喷管的二阶速度波腹处旋涡脱落压力振幅明显高于其它位置.解耦分析表明:温度对旋涡脱落频率影响不大,当旋涡脱落频率与声振频率分离后,压力振幅显著下降.     

介质温度和工作压强对发动机燃烧室中压强振荡的影响

采用大涡模拟方法研究了介质温度和工作压强对模拟燃烧室中压强振荡的影响,旨在获得相同发动机结构条件下,冷流实验和发动机热试车之间压强振荡的联系,探索采用冷流实验方法研究实际发动机流动稳定性的可能性。研究结果表明对于相同结构的发动机,冷热流之间存在很大程度的一致性,全尺寸发动机的实验数据和数值模拟结果也给予了验证,介质温度决定了压强振荡的频率,工作压强决定了振荡的振幅。     

固体火箭发动机涡声耦合特性数值研究

为了揭示固体火箭发动机内涡/声耦合机理,以VKI实验发动机为基础,使用大涡模拟方法,对不同温度下障碍物旋涡脱落诱发的振荡流场开展数值研究,获得了燃烧室内速度分布以及压力振荡的频率和幅值,并和实验数据进行了对比。结果表明,旋涡脱落频率与某阶声振频率相等不是涡/声耦合的必要条件;速度幅值对旋涡脱落频率的影响是主要的;平均马赫数对旋涡脱落频率的影响不大,对压力振幅的影响显著。     

固体火箭发动机燃烧不稳定研究进展与展望

围绕固体火箭发动机燃烧不稳定的研究现状及未来发展趋势进行了探讨.为了深入认识固体火箭发动机中的燃烧不稳定现象,并形成对其进行准确预示和有效抑制的方法,需要解决理论、计算及实验多方面的基础问题:燃烧不稳定的物理机制,不稳定的预示方法,发动机中各种增益和阻尼因素的特征,振荡增长过程中触发和极限环形成的机理,不稳定抑制技术及...     

固体火箭发动机燃烧室内声波振荡的数值研究

1引言当固体火箭发动机工作时,燃烧室受到某种扰动就会产生一定振型的声波。此时推进剂燃烧表面处于声学环境中,周期性的压强振荡和速度振荡必然会引起推进剂燃速的周期振荡。燃烧对声波的响应反过来会使声波强度、频率和振型有所改变。这种耦合关系包括压力耦合和速度耦合。由     

固体火箭发动机转角涡脱落分类

应用三维大涡模拟(LES)方法对C1x模拟试验器进行了数值模拟,以研究转角涡脱落引起的声涡耦合现象.结果表明:与二维和轴对称LES相比,三维LES方法可以准确捕获转角涡脱落运动的三维特性及锁频现象.根据转角涡脱落是否在腔内形成声反馈循环过程可将其分为两类问题,第1类形成声反馈循环涡;第2类形成自耗散涡.燃烧室的台阶扩张比、台阶前后长径比是影响两类转角涡脱落现象的重要结构参数.     

固体推进剂装药裂纹内燃烧流动的实验研究

通过设计实验装置形成了一条预制裂纹,用高速运动分析仪及数据采集系统测试了火焰的裂纹内的传播及裂纹内的压强变化,研究了不同几何特性和增压下,固体推进剂裂纹的燃烧流动情况。实验表明：裂纹内的火焰传播速度受裂纹几何条件和增压的共同影响,增压越大,裂纹越窄,火焰传播速度越大。裂纹尖端压强与裂纹入口压强比的最大值也受增压和几体条件的影响,增压越大,裂纹越窄,该压强比越大。     

模型燃烧室中值班火焰稳定器的燃烧不稳定性研究

针对值班火焰的燃烧不稳定性问题,通过试验得到了不同当量比工况下的火焰结构、压力脉动信号和热释放脉动信号。对脉动信号进行傅立叶分析,获得了脉动信号的频率和振幅。结果表明,随着当量比增加,火焰形态发生变化,燃烧室内发生了164Hz三阶模态向109Hz二阶模态的转换。对火焰平均结构、火焰瞬态结构和火焰正交分解（POD）结果进行分析后发现,漩涡脱落频率和燃烧室某一阶声学模态耦合是维持燃烧不稳定性的机理,耦合的强弱和漩涡脱落的尺度大小决定了热声振荡的振幅大小,火焰形态的变化导致热释放中心位置的变化是引起模态转换的机理。     

三种无烟推进剂压力耦合响应函数的实验研究

用压力可控Ｔ形燃烧器测量了三种无烟推进剂压力耦合响应函数，总结到一些实验规律，提出燃烧催化剂对抑制不稳定燃烧可能起到的重要作用。     

纳米金属粉对HMX热分解特性的影响

运用高压差示扫描量热法和热重法研究了普通级以及纳米级的铝、镍、铜金属粉对于HMX热分解特性的影响，结果表明，纳米铜对于HMX的凝聚相分解作用最明显，且这种催化作用会由于纳米铜含量的减少或体系压强的增大而变弱。基于恒温DSC实验数据计算得到的活化能结果，提出了纳米酮对于HMX热分解的一次催化，二次催化以及反应作用部位的观点。     

Numerical study on combustion efficiency of aluminum particles in solid rocket motor

The combustion of aluminum particles in solid rocket motor plays an important role in energy release of propellants. However, due to the limited residence time, aluminum particles may not be burned completely, thus hindering the improvement of specific impulse. This study aims to explore the characteristics of aluminum combustion efficiency and its influencing factors by experiments and numerical simulations, providing a guideline for engine performance improvement. As an input of simulation, the initial agglomerate size was measured by a high pressure system. Meanwhile, the size distribution of the particles in plume was measured by ground firing test to validate the numerical model. Then, a two-phase flow model coupling combustion of micro aluminum particle was developed, by which the detailed effects of particle size, detaching position and nozzle convergent section structure on aluminum combustion efficiency were explored. The results suggest that the average combustion temperature in the chamber drops with increasing initial particle size, while the maximum temperature increases slightly. In the tested motors, the aluminum particle burns completely as its diameter is smaller than 50 μm, and beyond 50 μm the combustion efficiency decreases obviously with the increase of initial size. As the diameter approaches to 75 μm, the combustion efficiency becomes more sensitive to particle size. The combustion efficiency of aluminum particle escaping from end-burning surfaces is significantly higher than that from internal burning surface, where the particle combustion efficiency decreases during approaching the convergent section. Furthermore, the combustion efficiency decreases slightly with increasing nozzle convergent section angle. And theoretically it is feasible to improve combustion efficiency of aluminum particles by designing the convergent profile of nozzle.     

二次进气流量比对固冲发动机燃烧效率的影响

采用k-ε湍流模型及单步涡扩散化学反应模型，对二次进气结构的固体冲压发动机补燃室的反应流场进行数值模拟，分析了：二次进气流量比对燃烧效率与温度场分布的影响：结果表明，在合适流量比下，采用二次进气后补燃室内燃烧效率明显提高，且温度场分布有利于内壁面热防护。     

金属内衬纤维增强复合材料筒体设计

研究了金属内衬纤维增强复合材料筒体的设计方法,推导出了环向及螺旋加环向纤维缠绕的金属内衬筒体计算公式。以算例表明,该方法在保证壳体爆破强度前提下,达到了壳体减重和增加刚度的效果。本研究以固体火箭发动机壳体设计为背景,可以延伸用于一般压力容器。     

固体火箭超燃冲压发动机燃烧性能影响因素研究

为了获得以飞行马赫数5.5巡航工作的固体火箭超燃冲压发动机燃烧性能影响因素,开展了地面直连试验和数值模拟研究.利用数值手段研究了固体燃气喷注方式、扰流装置的形式以及燃烧室扩张比等因素对燃烧室性能的影响规律,获得了高燃烧效率(≥90％)的壁面垂直喷注式发动机燃烧室构型.研究表明:(1)壁面垂直喷注方式能增强富燃燃气与空气...     

冲压发动机助推段压强振荡现象数值分析

为了揭示串连式冲压发动机飞行助推段进气道和补然室内压强振荡产生的机理,针对冲压发动机的助推段开展了进气道和补燃室内流动的大涡模拟,获得了进气道和补然室内压强振荡的频率和振幅,并和飞行实验数据进行了对比。结果表明,在助推段串连式冲压发动机进气道和补燃室内发生的压强振荡现象属于典型的整体模式不稳定现象;助推飞行马赫数、飞行高度的变化对整体模式不稳定现象压强振荡的频率和振幅影响不大。     

固体推进剂燃烧表面温度的预估

通过对燃烧表面附近气相产物的分析,建立了固体推进剂化学结构与燃烧表面温度(Ts)的对应关系。在一定假设和实验的基础上,使对应关系定量化,由此提出了预估推进剂燃烧表面温度的方法。由该预估方法计算的燃烧表面温度、及其随压强变化的规律都与实际情况基本一致。并进一步提出了燃烧表面温度与催化剂分解峰温(Tm)相匹配原则,作为推进剂燃烧催化剂选择的新原则。     

Investigation of a novel pyrogenic pulser in a laboratory motor

In this paper, a novel pyrogenic pulser was designed both analytically and numerically and was evaluated with empirical tests. The motivation of this study was the need for active control of the aero acoustic pressure oscillations by injecting the secondary flow into the solid rocket motor.First, in brief, pyrotechnic and pyrogenic pulsers were introduced, and then analytical governing equations were presented in three transient, sinusoidal and Hercules methods. In order to understand the intern...     

固体火箭发动机燃烧室外压稳定性

应用有限元软件开展了燃烧室外压稳定计算,以壳体表面环向应变为判据,从环向应变-载荷曲线保守估算了燃烧室外压失稳载荷。为了验证有限元计算模型,通过假药配方的调试,研制外压试验用模拟燃烧室,开展全尺寸模拟燃烧室外压试验,得到了燃烧室失稳载荷。通过计算与试验结果的比较分析,为有限元模型的修正提供了基础,采用推进剂的压缩模量进行燃烧室外压稳定性计算更接近实际情况。     

旋转飞行器固体火箭发动机内涡核流动的数值分析

为分析旋转飞行器固体火箭发动机内涡核流动,采用数值计算的方法对发动机流场进行模拟。计算结果显示发动机的旋转增强了轴向涡核流动,随着涡核的不断延伸,在喷管入口处,由于潜入式喷管结构以及喷喉直径较小,振荡运动随之加强。涡核在流经喷管时的不断增强,在喷管区域形成了非对称的压力形式,并且产生了实际中的扰动侧向力,最终导致了飞行器的章动不稳定性。