大型固体发动机潜入式喷管背壁区域熔渣沉积数值模拟

考虑凝相颗粒间的相互作用以及颗粒和发动机壁面之间的碰撞,建立了固体发动机潜入式喷管背壁区域熔渣沉积数值计算模型,并针对某大型固体发动机内熔渣形成过程开展了数值计算。结果表明,该计算模型具有较高的计算精度,计算结果可信;熔渣的沉积主要是由颗粒之间相互作用而形成的大尺寸颗粒与喷管潜入段内壁面碰撞并发生黏附而形成的;喷管潜入段入口处药柱燃面的形状对潜入段内熔渣的沉积过程具有一定影响。     

应用微机交互式初步设计固体火箭发动机

目前已存在许多不同程度地考虑了固体火箭发动机(SRM)设计的程序。本文描述的分析工具,并非企图取代现有各种程序,而是使设计师在初步设计阶段能够用一台微机去完成有意义的工作。从事这项研究是为了满足固体火箭发动机定尺寸和性能敏感性分析的需要,因为在研究阶段,确定SRM尺寸及分析其敏感性是有竞争力的承包商常常难以应付的。本文描述的模型以交互/图形方式提供发动机的重量、尺寸及结构数据。     

航天飞机的固体火箭发动机

本文介绍了航天飞机用的助推固体火箭发动机(SRM)。其类型分为三种:当前执行任务的标准SRM,空间飞行运输8号用的高性能SRM;以及计划在1985年飞行用的纤维缠绕壳体SRM。航天飞机的SRM是获得飞行状态中最大的固体推进剂发动机,其直径为146英寸,长度为125英尺,装有1111000磅固体推进剂,最大推力(真空条件下)为3115000磅力。在首次飞行前成功地进行了7次地面试车,随后的三次飞行试验满足了发动机的全部技术指标。计划提高航天飞机的性能,从东海岸发射的有效载荷达到65000磅,在西海岸发射时(极轨道)达到32000磅。航天飞机性能提高是由于:1.采用高性能的SRM使航天飞机的有效载荷增加3000磅。2.SRM使用纤维缠绕壳体结构使航天飞机的有效载荷增加6000磅。前者靠改变SRM的推力——时间曲线和提高喷管的膨胀比来实现;后者靠减少壳体的消极重量来实现。     

航天飞机高性能固体火箭发动机

序言固体火箭发动机(SRM)是航天飞机固体助推器的一个部件。SRM的结构包括四个发动机段和一个单独的后出口锥组件。点火系统安装在前段内,可动喷管和后段相连。航天飞机每次飞行需用两台固体助推器,所以固体发动机应配对生产,然后由铁路运到发射阵地进行垂直装配。喷管有一柔性接头,用钢和橡胶薄板交替粘结而成,可提供达8°摆角的全轴向量控制。其控制靠每个助推器后裙处的两个液压动力装置驱动两个液压作动筒。 SRM是由Morton Thiokol(莫顿—锡奥科尔)公司在犹它州的Wasatch分部按照NASA马歇尔飞行中心的合同设计、研制和生产的。STS—7及其以前的各次飞行所用     

铝和氧化铝液滴撞击壁面过程研究（英文）

固体火箭发动机内微米级熔融态氧化铝通常会撞击燃烧室内壁面,由于氧化铝液滴具有较高的熔点,采用铝液滴替代氧化铝液滴进行实验研究。基于网格自适应技术,利用VOF方法对铝液滴撞击壁面实验进行数值计算,验证数值计算准确性。利用验证的模型开展微米量级的氧化铝液滴与壁面碰撞过程的数值模拟。研究结果表明,数值计算过程与实验基本保持一致;随着初始碰撞速度的增大,氧化铝液滴撞击壁面后依次出现反弹、附壁和破碎现象;随着氧化铝液滴粒径的增大,液滴反弹与附壁之间、附壁与破碎之间的转换临界We数随之减小; 20、50、100μm的氧化铝液滴垂直撞击固体水平壁面反弹和吸附的临界We数为170、84、50; 50μm和100μm的氧化铝液滴附壁与破碎之间的转换临界We数为141和129;液滴破碎须具备足够的动能来克服粘性耗散能和表面能。     

含铝复合推进剂分布燃烧数值模拟

为研究发动机内含铝复合推进剂以及铝的燃烧,基于FLUENT软件,应用EDC模型和颗粒表面反应模型,建立了固体火箭发动机内流场两相流分布燃烧模型,对AP/HTPB/Al复合推进剂固体火箭发动机内流场进行了数值计算。计算结果表明,与表面燃烧相比,铝的燃烧导致发动机内出现了延长的燃烧区域,铝燃烧贯穿整个发动机燃烧室,形成分布燃烧;延长的燃烧区域导致发动机内流场分布不均匀,燃烧室是非等温的,温度由燃面附近的2600 K增长到3600 K,燃烧室核心区域温度约为3200 K;铝燃烧消耗的同时生成其他产物,也导致燃烧室内燃气组分和密度的分布不均匀;铝的燃烧是一个复杂的物理化学过程,对发动机内流场有着重要影响,颗粒相始终贯穿整个发动机,最终从喷管喷出。     

沉积速率及其对喷管壁温影响的理论研究

固体火箭发动机喷管的沉积不仅影响发动机工作性能也影响喷管壁表面和壁内的温度随时间的变化规律,本文根据沉积过程的传热模型计算了三氧化二铝在固体火箭发动机喷管喉部的沉积速率,与实验结果相符合,并计算了在沉积过程中喷管壁内温度分布随时间的变化过程,数值计算表明,在沉积的初始阶段由于凝相粒子所释放的热量将增加向喷管壁内的传热,温度上升比没有沉积时要快,随着沉积层的加厚逐渐阻挡气相向喷管壁的传热,而使壁内的温度随时间的增加有一个峰,理论与实验结论一致。     

某固体火箭发动机热结构的ANSYS有限元分析

基于ANSYS软件对某固体火箭发动机(SRM)的热结构进行了有限元分析。计算了潜入式喷管瞬态温度场和应力场,用间接耦合解法进行热-应力耦合分析。结果表明:计算值与实测结果较吻合,可为SRM的热结构分析提供一种实用快捷的计算方法。     

固体火箭发动机虚拟样机集成设计环境

为支持固体火箭发动机基于虚拟样机的设计技术,提出了固体火箭发动机虚拟样机集成设计环境软件架构。介绍了支持固体火箭发动机虚拟样机的集成设计环境(SRM IDE),该环境集成了发动机设计常用软件和商用软件,以项目管理为中心,采用分布式体系结构,支持分布在异地的设计人员协同构建发动机虚拟原型和协同仿真,以及发动机设计过程中文档、数据、流程、产品结构及资源等的管理。     

SRM内绝热层成型用硅橡胶气囊材料老化机理研究

用固体核磁共振和在线热裂解气质联用等技术,对固体火箭发动机(SRM)内绝热层成型用硅橡胶气囊材料的力学性能和微观结构进行了研究。根据研究结果提出了绝热层贴片环境中硅橡胶气囊材料的两种老化机理:过氧化二异丙苯(DCP)的降解产物二甲基苄醇催化及白炭黑羟基参与的硅橡胶主链解扣式降解,其产物以小分子环状硅烷为主;以侧基氧化为特征,形成大量硅氢化合物和大分子硅烷产物为主的降解方式。     

颗粒相对固体火箭发动机稳定性影响的大涡模拟研究

为研究颗粒相对固体火箭发动机(SRM)稳定性的影响,在考虑颗粒燃烧和两相间耦合的条件下时模型固体火箭发动机内部多相湍流进行了大涡模拟.结果发现:在颗粒相的作用下,发动机上游形成了强度很小的小尺度湍流;在主燃烧室可观察到颗粒相具抑制大尺度湍流向流场核心区和近壁区渗透的作用,抑制作用受颗粒大小和含量的影响.颗粒相可增加小尺度的湍流扰动,但同时也抑制了主燃烧室内大尺度湍流的不稳定性.     

固体火箭发动机装药设计的一种燃面推移方法研究

固体火箭发动机装药设计是固体火箭发动机设计的核心内容之一,找到一种针对复杂三维装药的通用燃面推移计算方法具有重要的工程应用价值.研究使用UG NX二次开发平台工具SNAP和Block UIStyler编写装药设计建模程序,并采用射线摇摆旋转相交法(IRSR)进行装药表面离散;然后,依照几何燃烧定律用C++编写与一维内弹...     

石墨渗铜喉衬的烧蚀特性

介绍了石墨渗铜材料作为固体火箭发动机(SRM)喉衬与．长尾管衬套的烧蚀特性和机理。液态铜在高温高压燃气的作用下仍滞留在石墨基材内，起到抑制烧蚀的效果，改善了KS-8高强石墨的耐烧蚀性能。     

案例调整技术在固体火箭发动机总体设计中的应用

以提高固体火箭发动机(SRM)总体设计中设计经验和设计知识的重用为目的,将基于知识工程的设计方法应用于SRM总体设计。研究了SRM总体设计案例表示方式,提出了两级层次结构的案例调整模式,并针对SRM系统特点建立了SRM总体设计的因果过程模型。在此基础上,提出了SRM总体设计的案例调整框架。最后,应用该调整技术实现了具体设计实例,通过与传统总体设计比较,设计结果一致性好,证明了该技术的有效性。     

三氧化二铝颗粒在喷管内的沉积

本文根据一系列复合推进剂固体火箭发动机的中止燃烧试验,提出了三氧化二铝颗粒在发动机喷管内的沉积计算模型,并通过轴对称喷管两相跨音速流场计算及喷管传热分析,预示喷管内的沉积规律及沉积对喷管壁内温度场的影响。预示结果与实验结果基本相符。文中还比较了燃烧室压力,推进剂中铝含量对沉积影响的实验结果和理论预示结果,它们也基本相符。     

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.     

确定微型固体火箭发动机燃烧时间的CAA与CAD技术

应用计算机辅助分析(CAA)与计算机辅助绘图(CAD)方法,确定微型固体火箭发动机燃烧时间t_b。该方法自动化程度高、精度好,有可靠的理论依据。用它替代传统的没有任何理论根据的手工画角分线法,以提高小型固体火箭发动机内弹道数据处理的精度和速度是十分必要的。实践证明这是一种科学的可行的方法,值得推广。     

固体火箭发动机冷增压试验系统的设计与应用

针对固体火箭发动机药柱点火瞬态过程应变难以测量的工程难题,研制了固体火箭发动机冷增压试验系统.该系统利用高压气体对药柱内腔进行加压,模拟发动机点火增压过程,实现了药柱内表面应变的实时测量.利用该系统对某型号固体火箭发动机进行了冷增压试验,并将试验结果与数值仿真结果进行了对比,二者相对误差在8％以内.该试验系统操作方便,...     

战术导弹固体火箭发动机补偿垫点火冲击动态过程的实验研究

补偿垫是自由装填式固体火箭发动机(SRM)中的一个重要部件。基于X射线实时荧屏分析系统(RTR),对战术导弹固体火箭发动机内补偿垫在点火冲击作用下的动态运动过程进行了实时监测,利用MATLAB软件对截取的连续图像进行了增强、滤波处理,并提取边界,获得补偿垫压缩及反弹过程。结果表明,补偿垫最大压缩量达到42.2%,平均压缩速率为514.9 mm/s,平均反弹速率为44.4 mm/s;压缩量在37.0%~42.2%之间存在一个临界值,大于临界值时,补偿垫弹性模量急剧升高。研究结果可为药柱及包覆层的力学性能设计提供参考。     

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。