壁面孔型对超声速气流中喷注特性的影响

超声速气流中,燃料与来流空气的高效混合是燃烧室实现点火、稳焰及高效燃烧组织的前提。国内外研究者已对比研究了不同壁面孔型对超声速气流中喷注、混合特性的影响,相比于最常见的圆形喷孔,菱形、楔形-半圆、箭形及针形等喷孔用于超声速气流燃料喷注时,不仅有利于降低喷孔前缘边界层的分离,而且也有利于提升射流穿透深度;相比于单孔喷注,组合型喷孔能进一步增强燃料与来流空气在射流远场的混合效果。通过综述各型喷孔的喷注特性,分析提出了适用于超声速燃烧组织的壁面喷注孔型及其工程应用条件。     

火箭发动机喷管中气流分离预估的现状

在过膨胀火箭发动机喷管中,当壁面气流压力与环境压力之比达到一定值时气体会从喷管壁分离。这种气流分离及其理论预估是过去十年中试验和理论研究的课题,而且为预估气流分离而建立的各种模型和所做的各种假设已经得到很大发展,既有理论模型,也有纯经验模型。本文借助于在 DLR(德国航空航天研究院)所建立的数据库,对不同模型进行了论述,几乎包括了所有公开发表的气流分离数据。本文对一种新的、更加准确的分离准则提出了看法。试验时,在喷管中观察到两种不同的气流分离现象,即自由激波分离和受限激波分离。对这两种现象都进行了详细讨论,并描述了压缩波和膨胀波。对于自由激波,排气羽流中可以产生三种不同的激波结构:有规则的反射激波、马赫盘及帽状激波。这些激波除了存在于过膨胀喷营外,在满流喷管中也存在。对现有火箭发动机喷管,如 SSME 或火神号发动机喷管,所得到的数值结果与试验照片在定性方面是一致的。对不同类型的激波现泉进行了讨论。另外,对至今还未深入了解的受限激波分离现象也给出了解释,分析了它产生的原因和条件。结果是喷管型面的形状极大地影响着气流分离的形式。根据气流分离得到的这些结果,提出了对侧向载荷产生原因的看法。     

箱式垂直发射系统燃气流的排导

阐述了箱式垂直发射系统燃气流合理排导的必要性。在对内导流和外导流两种燃气流排导方式进行分析比较的基础上，指出了燃气流外排导的局限性。认为燃气流内排导由于具备结构简单、空间利用率高、通用性强、安全性高等优点，适合于垂直发射燃气流的合理排导；尤其是同心筒式发射装置燃气流的排导将成为箱式眚发射系数燃气流排导的发展方向。     

固体火箭发动机喷管分离流动流固耦合数值仿真

针对固体火箭发动机大膨胀比喷管出现的分离流动,采用数值仿真方法进行分析,并与试验进行对比。通过集成软件平台MpCCI,连接计算流体动力学软件FLUENT和有限元软件ABAQUS,对燃气流动与喷管结构运动变形进行了耦合计算。耦合计算结果发现,此大膨胀比喷管发生气流分离,且分离处斜激波后的气流温度与压力变化较大,采用流固耦合数值方法能体现喷管的结构变形,从而更准确地反映喷管与燃气流相互影响的真实环境。耦合计算结果与试验进行对比得出,耦合计算得到的分离位置能很好地拟合实验测得的气流分离位置,说明了流固耦合数值方法的有效性,为更深入研究大膨胀比喷管分离流动现象提供了支撑。     

SST二方程湍流模型在高超声速绕流中的可压缩修正

为模拟高速可压缩湍流问题,对剪应力输运（SST）湍流模型进行了可压缩修正。数值格式采用改进的总变差减小（TVD）格式,并对湍流模型的负值强制项进行了隠式处理。在此基础上计算了绕平板以及基本无分离和具有分离流动结构的压缩拐角的高超声速流动。计算结果和实验数据及半经验公式的对比表明：SST湍流模型的可压缩影响项为密度加权脉动速度的平均与压力梯度的标量乘积。经可压缩修正后的SST湍流模型与原模型及其它可压缩修正模型相比,所计算的壁面压力、摩擦阻力和壁面热流分布具有更高的精度。     

适用于固体推进剂药柱应力分析的一种粘弹性有限元法

本文根据Ｈｅｒｒｍａｎｎ变分原理导出一种适用于不可压缩和近似不可压粘弹性的新的本构关系和相应的有限元公式，开发了用于平面问题分析的计算机程序ＶＦＡＰＩＮＰ。计算结果表明，本方法和程序可用于所有泊松比的粘弹性问题的计算，尤其适用于推进剂药柱的应力分析。     

喷管分离流场计算

固体火箭发动机喷管分离流场是相当复杂的，本研究首先建立了分离流的物理模型，采用ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ时间推进格式，并用零方程涡粘模型封闭Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，计算了一种特型喷管在地面试车时的分离流场，给出了分离图象和出口面参数，本研究所提供的方法还可用于发动机启动过程中喷管的分类计算。     

火箭水下发射复杂流场的近似数值模拟

本文对火箭水下直接点发射过程中，喷管内高温燃气的推进和气囊的形成、发展等流动演变过程提出了一类简化的模型，并进行了非定常粘性 可压缩流Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程的数值模拟。计算结果表明，简化模型的合理性，对水下火箭发射的流动过程分析具有一定的参考价值和一种应用价值。     

电弧放电等离子体对超声速边界层影响的数值模拟

基于电弧放电等离子体热阻塞机理,对等离子体超声速流动控制过程进行了数值模拟,研究了等离子体对边界层的影响,分析了放电区大小、温度等对其作用效果的影响。结果显示：在高温等离子体放电区的上下游近区发生了边界层分离及漩涡运动;在放电区内有两种边界层,即高温等离子体与外界低温气流之间的温度边界层和气流与壁面之间的粘性边界层;放电区内形成漩涡运动的原因有两个,即内外压差和边界层分离;上游边界层的分离点y轴坐标随温度的增大而减小;增大来流速度,放电区上游分离点y轴坐标呈先增大后减小的趋势、放电区内漩涡运动加剧、下游近区边界层分离点y轴坐标减小。     

火星进入器壁面脉动压力环境数值模拟

为研究跨超声速阶段来流马赫数、来流攻角及配平翼展开角的变化对进入器壁面脉动压力环境的影响规律,本文采用脱体涡方法对火星进入器模型开展非定常数值模拟,获取壁面不同位置处的脉动压力信息。研究表明：在跨超声速阶段,进入器壁面脉动压力环境随马赫数的增加而趋于减缓。配平翼迎风面分离区受脱体激波影响明显,当来流马赫数较小时,可压缩效应较弱,分离区涡流运动剧烈,诱导的脉动压力环境较强;随着来流马赫数的增加,脱体激波对分离区抑制作用增强,分离区运动受到限制,诱导的脉动压力环境趋于平缓。此外,随着来流攻角增加,配平翼迎风面上再附点的位置向翼根方向转移,从而使翼根处的脉动压力环境趋于恶劣。当配平翼展开180°时,分离区再附点位置基本固定,配平翼迎风面脉动压力环境得到一定程度的减缓。功率谱分析表明,在配平翼迎风面上诱导的脉动压力能量主要集中在中低频区域。     

载人航天器连接分离装置的选择,设计和模拟分析

连接分离装置是载入航天器上广泛使用的关键装置之定，本文结合载人航天器发展的实际需要，研究 人航天器连接分离装置的选择、设计和计算分析等问题。对国内外航天器上所使用的几种主要的连接分离装置进行了对比分析，探讨了载人航天器连接分离装置 矣设计方案，并重点对燃气驱动的连接分离装置作了细致的分析、计算，建立了该类连接分离装置的数学模型。在此基础上开发了一个能够对该类连接分离装置进行模拟分析的具有交互功能的     

火箭发动机喷管分离流动仿真分析

采用数值方法研究在分离状态下的最大推力喷管流动状态,讨论了不同湍流模型对分离流动的影响,在此基础上详细分析了喷管流动中出现气流分离模态由自由激波（FSS）到受限激波（RSS）的变化情况。在稳态仿真基础上开展非稳态分析,并综合小波分析、结构有限元方法分析了侧向载荷影响。研究结果表明,喷管内压强脉动为低频脉动,该脉动频率范围与喷管固有频率有交叠,可为后续的喷管气流分离侧向载荷分析及验证试验提供基础。     

喷管分离流流动-热-结构顺序耦合数值模拟及试验研究

针对大膨胀比喷管气流分离状态下喷管所受的复杂载荷,采用数值方法分析喷管结构.利用有限体积二阶迎风插值格式及SST涡耗散湍流模型,结合二层增强型壁面函数,求解N-S方程、热传导方程.采用流固耦合的流动与换热模型,流场与结构温度场互为边界条件交互数据,实现了流场解算与温度场解算的耦合数值分析.应用有限元方法对给定的温度场及压力载荷作用下的结构进行了瞬态静力分析,实现了流动-热-结构的顺序耦合.采用此计算模型对轴对称拉瓦尔喷管进行了数值模拟,发现在大膨胀比下喷管发生气流分离,经分离处的斜激波后气流温度梯度及压力梯度变化较大,导致该区域应力较大.为验证模型的准确性,开展了试验研究,测得的气流分离位置和计算得到的分离位置很好的符合,说明了计算方法的有效性.     

高超声速飞行器前缘缝隙流动数值模拟研究

通过分析高超声速飞行器前缘防热瓦结构,建立了一种开缝前缘的简化模型。针对这一模型的流场通过求解三维可压缩Navier Stokes方程进行了数值模拟。研究了缝隙诱导形成的三维旋涡的空间分布特征和旋涡运动对物面气动加热的影响规律。模型圆弧段缝隙肩部倒圆区因存在较强的三维效应形成“常规”高热流区,而缝隙内主旋涡再附致使侧壁上存在一个“非常规”高热流区;模型平直段展向流动诱导缝隙上方出现较强的旋涡运动,同时流动在缝隙倒圆区形成分离涡并于缝隙侧壁面再附,受这些旋涡运动的影响,缝隙肩部倒圆区转变为局部热流低值区,缝隙侧壁上存在局部热流高值区。     

超音速非圆形导弹的计算

ＺＥＵＳ程序用于处于超音速气流中的导弹外形。该程序进行空间解，并结合了多区域格点法和二阶戈杜诺夫法。戈杜诺夫法的基础是解黎曼问题求超音速定常流和控制体积公式中分类整理。通过计算局部斜率并加上一个预估步骤来获得二阶精度。这个方案适用于弓形激波并捕捉各种隐蔽的激波。采用近似黎曼解算器可以提高计算速度。该程序用于椭圆截面的单独弹身和身－翼－尾布局。在不采用仿真粘性和特殊手段的情况下即可使实验与计算相当史     

瞬态流动条件下固体推进剂的点火

本文的目的主要是测定圆柱形固体推进剂在横向气流中的对流点火模式和位置。使用激波风洞可提供20毫秒时间的加热气流,其压力为1～2.0兆帕,温度为1600～2100K,流速为10～300米/秒。实验气体的组分为100％N_2;10％O_2和90％N_2;50％O_2和50％N_2共三种。测试仪器包括六个辐射探测器、高速摄影机、压力传感器和热流计等。点火为气相过程。相对于三基推进剂来讲,单基和双基推进剂在含氧气流中,点火较为容易。对大Reynolds数(如为16000),低含氧量的自由流气体,火焰会产生分离现象。在高的加热速率、并伴有边界层出现时,点火就会在小于1毫秒的时间内发生。根据流动条件的不同,点火位置可能在气流的前沿区或者在尾流区。     

X型布局导弹冲压发动机攻角特性数值研究

冲压发动机是导弹设计者关心的重要问题之一。在实际飞行中为了有效的跟踪和攻击目标,必然要面对带攻角的情况。为了更好的模拟弹体、进气道和掺混段一体化影响,本文采用二阶迎风隐式TVD格式,内外流分区耦合求解可压缩N S方程,数值模拟了掺混段出口压力与来流压力比为P P∞=4 2超临界状态下,二元方形截面"X"型布局一体化通气模型复杂流场。计算了不同攻角对冲压发动机性能和流场所产生的影响,并对结果进行了比较和分析。     

导弹发射箱(筒)内燃气流特性分析——热态试验研究

本试验是利用局部动力相似理论，在导弹燃气动力效应实验室利用缩比导弹发动机模拟燃气流对发射箱的冲击效应，主要对后盖不同开启时间气流对箱（筒）体的冲击规律作了深入的研究，以寻求气流的冲击特性对盖体开启时间的最佳效应，对箱（筒）体工程设计及最佳开盖时间提供预估参数和设计准则。     

分离螺母的关键设计参数分析

分离螺母是一种火工连接分离装置，用于卫星和火箭的分离机构。本文介绍了分离螺母的作用原理，对燃气压力，支撑角，螺纹角和载荷的关系进行了分析，在螺栓载荷和设计约束条件一定的情况下，改变分离的支撑角可引起轴向和径向载荷的变化，从而影响分离螺母的分离能力，为保证分离螺母正常工作并有合适的裕度，应合理设计支撑的大小。     

可压缩材料平面应变滑移线速度方程及速度间断

摘 要 本文在“可压缩连续体”假设的基础上，应用连续体塑性力学推证出了可压缩材料速度方程，并讨论了速度间断问题。结果表明，可压缩材料不仅沿滑移线切向存在速度间断，而且沿法向也存在速度间断。