宽马赫数固冲二元进气道设计与研究

针对宽马赫数固体火箭冲压发动机用二元进气道设计开展研究,提出了一种从低 维到高维的逐步优化设计方法,即首先经过若干合理假设建立一维计算模型,利用遗传算法 得到一个以总压恢复系数最大为目标的一维优化结果;在二维和三维设计中,选取关键影响 因素进行详细分析以不断改善一维优化结果。最终给出一套完整、高效的亚燃冲压二元进气 道设计方法。设计过程验证了一维计算模型和关键影响因素选取的合理性,给出了进气道性 能随这些关键影响因素的变化规律。     

宽马赫赫数固冲二元进气道设计与研究

针对宽马赫数固体火箭冲压发动机用二元进气道设计开展研究,提出了一种从低维到高维的逐步优化设计方法,即首先经过若于合理假设建立一维计算模型,利用遗传算法得到一个以总压恢复系数最大为目标的一维优化结果;在二维和三维设计中,选取关键影响因素进行详细分析以不断改善一维优化结果.最终给出一套完整、高效的亚燃冲压二元进气道设计方法.设计过程验证了一维计算模型和关键影响因素选取的合理性,给出了进气道性能随这些关键影响因素的变化规律.     

超燃冲压发动机准一维建模研究

在准一维流理论的基础上,考虑了燃料流量、截面变化、壁面摩擦、燃烧效率、化学反应放热等因素,应用影响系数法,构建了包括前体/进气道、隔离段、燃烧室、后体/尾喷管的超燃冲压发动机内流场准一维分析模型,可快速计算发动机参数沿轴向的变化以及出口值,便于发动机性能分析;以一个机体/推进一体化单模块飞行器为研究对象,通过与三维CFD数值模型进行对比。结果表明,准一维计算模型能较好地对超燃冲压发动机进行快速计算与分析,在超燃冲压发动机的初步研究阶段具有重要的应用价值。     

基于Pro/E创建台阶型导管连接件的应用研究

分析了目前创建台阶型导管连接件的方法以及存在的缺陷,研究了Pro/E软件参数化设计和族表功能,以液体火箭发动机中凹台阶接头创建为例,探索在Pro/E中快速创建三维参数化凹台阶接头的新方法,提出了凹台阶接头三维模型创建流程、三维模型文件命名规则,并对三维模型的管理与使用进行了讨论.应用这种方法,能够在短时间内建立系列化台阶型导管连接件,并且一次性完成尺寸和参数检查,确保导管连接件三维模型的正确性和-致性,在发动机设计过程中,设计人员可以直接使用台阶型导管连接件三维模型进行装配,减少产品设计过程中的重复建模工作,极大提高了发动机的设计效率.     

固体发动机绝热层设计及试验分析

本文建立了一种固体发动机绝热层烧蚀模型,给出了4台发动机试车后绝热层的剖析和计算结果,分析比较后认为这种烧蚀模型比较符合实际,最后介绍了利用这种模型设计发动机燃烧室各部位绝热层厚度的方法。     

固体火箭冲压发动机性能快速预估算法

提出了一种固体火箭冲压发动机性能快速预估方法。在原有模型基础上,加入一维燃烧室热力计算模型和附加阻力计算模型,并以VC 6.0为平台,开发出通用的发动机性能估算模块。该模块以动态链接库为载体,支持Automation,既可以单独应用于动力系统性能估算,也可以作为通用模块,应用于导弹总体设计中,实现总体的快速设计及性能分析。初步使用表明,该方法可快速地预估发动机整体性能,大大缩短了设计周期,能够满足方案设计阶段的精度要求。     

无喷管固体火箭发动机点火瞬变过程内流场计算

本文提出了计算无喷管固体火箭发动机压力建立过程的 P(x,t)模型,它的控制方程是一组一维非定常两相非平衡流和一组一维非定常两相非平衡流动力学方程,该方程采用 MacCormack 显示差分格式求解.本文还建立了在跨音速和超音速气流流动下的侵蚀燃烧模型,该模型适用于无喷管固体火箭发动机.利用本文的模型可精确预示无喷管固体火箭发动机点火瞬变过程的内弹道性能,并可研究无喷管固体火箭发动机的内流场变化规律.     

液体火箭发动机循环的模块式分析方法

对复杂液体火箭发动机循环进行分析的一种模块近似新方法已由德国的DLR 公司研究出来。它把一种发动机循环系统视为由预定的模件库中的模块组成。流经所有组件的流体都假定为一维流动。流体特性的计算在用于推进剂时,采用经验状态方程,用于燃烧产物时,按达到了化学平衡来处理。这种方法的基本原理是在对不同推进剂组合的发动机(包括三组元推进剂发动机)分析的基础上得出的。     

点火瞬态过程仿真模型参数辨识

建立了固体火箭发动机点火瞬态过程一维非定常流场仿真模型,采用系统辨识方法进行了模型参数不确定性研究。基于点火试验用缩比发动机试验结果,得到了传热模型参数和瞬态燃速模型参数的最优估计,提高了点火瞬态过程一维仿真模型的预估精度。采用近似方法,构建Kriging近似函数,有效解决了一维非定常流场仿真的计算复杂性问题。     

发动机组合件试车架数字化设计方法

为了适应液体火箭发动机组合件试车振动与脉冲载荷大、空间尺寸变化大、试验参数调整幅度大及热环境复杂等特点,组合件的试车架需要在复杂力热环境下具备快速调整能力,提出了一种发动机组合件试车架的数字化设计方法,该方法包括了虚拟装配与三维设计、模块化组件设计,可靠性设计及优化设计等内容。利用Pro-E三维建模实现了虚拟装配,确保支撑结构的合理可靠;模块化设计方法的应用提高了设计效率与结构快速适应性;结构强度计算应用有限元静态仿真及模态分析方法,解决了快速脉冲及振动载荷环境下的可靠性设计;通过一维搜索优化设计方法,解决了热管道支撑结构的优化设计。该方法已应用于液体火箭发动机某滚控装置的试车架设计中,同时为类似形式组合件试验试车架设计提供了参考。     

嵌金属丝端燃装药方案绝热层设计方法

根据固体火箭发动机绝热防护模型,提出了一种嵌金属丝端燃装药绝热层设计方法。用该法对某特定发动机燃烧室绝热层的设计结果表明:与动机原绝热层烧蚀相比,用本方法设计的绝热层可在绝热防护达到安全要求的同时,最大化地降低发动机消极质量。     

碳/碳复合材料室温力学性能测试

文中针对作为飞机发动机尾喷管的三维四向碳/碳复合材料,根据特定工艺和实际情况,总结了一套合理的测试标准,并测试了这种材料的拉伸、弯曲、剪切等力学性能,并分析了断裂机理。     

碳／碳复合材料室温力学性能测试

文中针对作为飞机发动机尾喷管的三维四向碳／碳复合材料，根据特定工艺和实际情况，总结了一套合理的测试标准，并测试了这种材料的拉伸、弯曲，剪切等力学性能，并分析了断裂机理。     

火箭发动机的正反转涡轮设计

一项减少重复成本的主要方法就是限制零件数量和简化机械结构.涡轮泵在火箭发动机总成本中占有很大一部分,大约是30%,因此,理应对涡轮泵进行设计简化.对于可贮存的液氧/烃或者液氧/甲烷火箭发动机,把涡轮泵设计成一轴化是有价值的.然而,对于液氧/液氢发动机,由于两推进剂密度之间存在着巨大的差异,因此,最佳方案就是燃料泵和氧化剂泵分别采用不同的转速驱动.在这种方案中,可以仅用一个涡轮来带动液氧和液氢泵,不过两泵之间要通过齿轮来传递转速,例如HM7或RL10发动机就是这样的结构.但是,齿轮在低温环境中的工作是不可靠的,此外,成本和重量也是问题,带有齿轮的涡轮泵适用于低推力发动机,为低功率涡轮泵.目前,低温火箭发动机推力室通常采用两个独立的涡轮泵来供应推进剂,一个涡轮泵是供应液氢,另一个供应液氧(某些俄罗斯的发动机除外).可以采用正反转涡轮,使得氧化剂泵和燃料泵处于单一壳体内.该正反转涡轮设计的约束条件如下:每个转子必须按所需转速驱动相应的泵;每个转子必须传递驱动泵的功率;必须对轴向载荷进行监测,以免轴向推力轴承过载.设计的自由度包括转子半径和涡轮的压力叶栅.本文给出正反转涡轮一个简单的一维理论,考虑了每个转子半径的不同,并对一组同一规格的两个轴流涡轮与正反转涡轮进行了比较.     

三维模型质量检查系统的研究与实践

随着MBD技术的应用,三维模型成为产品信息表达的唯一源头、设计制造信息传递的唯一载体、生产制造的唯一依据,其质量日益重要。针对液体火箭发动机三维模型质量人工检查存在的问题,依据发动机设计、工艺、制造规范以及CAD/CAM数据质量检查方面的标准,研究并开发了三维模型质量检查系统,并在液体火箭发动机研制过程中进行了应用,实现了三维模型质量的高效、快速检查,减少由于三维模型质量问题引起的设计反复,促进了发动机三维模型设计质量的提升,确保三维模型满足后续智能制造要求,缩短产品的研制周期。     

镁基水反应金属燃料发动机性能分析方法与试验验证

采用一维两相多组分反应流法,对镁基水反应金属燃料发动机进行了性能分析,计算得到了稳态工作时发动机流场参数分布、液滴蒸发过程及性能参数。通过试验验证了程序的可行性和可信性,分析了产生误差的原因。提出了采用实际测量温度和燃烧效率对燃气入口条件进行修正的方法,减小了模型计算误差。采用修正模型计算了发动机性能随一次水燃比变化规律,计算结果表明存在最佳一次水燃比。研究结果对发动机设计和性能分析具有参考价值和实际意义。     

固体火箭发动机喷管瞬态流场特性分析

为准确预测某型固体火箭发动机喷管的流场特性,建立了发动机燃烧室-喷管一体化三维流场模型,考虑了上游流场-燃烧室对喷管流场的影响,应用有限体积法,仿真计算出了发动机点火启动过程中喷管内激波的存在及变化趋势,仿真结果与一维等熵函数理论分析结果相一致。结果表明,在发动机点燃初期,喷管内燃气呈现亚音速流动,随着时间推移,在喷管扩张段出现了一道激波,燃气流动出现壅塞,随着燃烧室内燃气压力升高,激波逐渐移出喷管,喷管内呈现超音速顺畅流动。     

液氧/煤油补燃发动机系统稳定性分析

为分析补燃循环液氧／煤油发动机工作的稳定性,建立了发动机的线性小偏差动力学模型,在小扰动的条件下研究了发动机工况变化、燃气导管容积对系统工作稳定性的影响。结果表明,在110％～50％工况范围内发动机系统都是稳定的,而随着工况的降低发动机稳定裕度在减小。当涡轮后燃气导管容积增大时发动机系统稳定裕度减小,而涡轮前燃气导管容积对发动机稳定性基本没有影响。     

固体火箭发动机燃烧稳定性预估的三维计算方法

针对一个变截面开槽管状装药的单室双推力发动机,讨论了应用三维声学有限元法分析,确定燃烧室内腔的声学特性,以及在此基础上进行的发动机燃烧稳定性预估的三维计算方法。应用本文编制的计算程序试算的结果表明:燃烧室内腔前10阶固有振型的预估误差不大于3％;该发动机的燃烧稳定性接近临界状态,与地面试验情况定性一致。     

固体发动机飞行性能分析与重构

在固体发动机研制过程中,发现利用飞行遥测参数计算的某末级发动机性能结果与基于地面试验的内弹道模型得到的结果存在偏差,这一偏差会影响发动机性能评定乃至火箭射程。对国内外固体火箭发动机飞行性能分析和重构方法及主要的结果进行了分析,对于特定的发动机需固化一种飞行性能重构分析方法,为提高发动机性能重构分析的精度,需要提高发动机喷管喉径烧蚀规律的预示水平,同时需要考虑飞行过程中消极质量变化以及沉积对发动机比冲的影响。最后,对发动机飞行性能分析重构后续需要着重开展的研究提出了建议。