过载对固体发动机凝相粒子运动的影响分析

为了获得过载对固体发动机凝相粒子运动规律的影响,采用理论分析和数值仿真相结合的方法,分析了不同过载条件下凝相粒子运动及壁面粒子浓度分布情况。结果表明,横向过载将改变粒子的运动轨迹,引起粒子在发动机内部停留时间的增加;在过载条件作用下,燃烧室筒段壁面和喷管收敛段壁面均存在粒子浓度局部增大的区域,呈现多峰分布现象;不同横向过载、轴向过载条件通过改变粒子的偏转方向和随流性,最终导致燃烧室壁面和喷管收敛段壁面粒子浓度的改变。     

用RTR技术研究固体火箭发动机燃烧室中粒子运动轨迹(I)可行性分析与试验研究

综述了固体火箭发动机二相流研究的现状及发展趋势，介绍了X射线高速实时荧屏分析（RTR）技术的测量原理，对RTR技术应用于测量固体火箭发动机燃烧室中凝相颗粒的运动轨迹的可行性作了探讨。探索表明：RTR技术应用于测量固体火箭发动机燃烧室中凝相颗粒的运动轨迹是可行的，但对凝相粒子材料的选择及适当的图像处理技术是其成功与否的关键。     

用RTR技术研究固体火箭发动机燃烧室中粒子运动轨迹：（I）可行性分析…

综述了固体火箭发动机二相流研究的现状及发展趋势，介绍了Ｘ射线高速实时荧屏分析（ＲＴＲ）技术的测量原理，对ＲＴＲ技术应用于测量固体火箭发动机燃烧室中凝相颗粒的运动轨迹的可行性作了探讨。探索表明：ＲＴＲ技术应用于测量固体火箭发动机燃烧室中凝相颗粒的运动轨迹是可行的，但对凝相粒子材料的选择及适当的图像处理技术是其成功与否的关键。     

长尾喷管中粒子运动轨迹的数值模拟

利用颗粒轨道模型计算了长尾喷管两相流流场,确定了在与壁面发生完全弹性和完全非弹性碰撞情况下不同尺寸粒子的运动轨迹,比较了不同尺寸粒子之间以及完全弹性碰撞和非弹性碰撞之间长尾喷管中粒子运动的差异,得出了长尾喷管中粒子运动的某些规律。      

用RTR技术研究固体发动机燃烧室中粒子运动轨迹(Ⅱ)图象处理技术应用

针对采用RTR技术获取固体火箭发动机（SRM）燃烧室中凝相粒子运动图象的特点，应用了背景减影、图象增强、图象分割、噪声过滤、图象叠加等图象处理手段对其进行处理，获得了较清晰的粒子运动轨迹图象。结果表明图象处理技术是开展利用RTR技术进行SRM二相流研究的关键环节之一。     

高过载条件下绝热层烧蚀实验方法研究(Ⅰ)方案论证及数值模拟

分析了高过载对固体火箭发动机流场和绝热层烧蚀的影响规律,提出一种新的研究思路:采用数值模拟方法来预示发动机三维两相流场,建立高过载流场模拟实验装置,开展绝热层烧蚀实验,建立高过载条件下的绝热层烧蚀模型,在此基础上发展高过载发动机绝热层设计和烧蚀预示方法.其中关键技术是高过载流场的模拟,对粒子加入法和弯管分离法两种方案进行了论证,认为弯管分离法原理上是可行的.为了验证这种方案的可行性,开展了弯管通道两相流的数值模拟研究,计算结果表明弯管装置具有使凝相粒子聚集形成高浓度粒子流的功能.     

轴对称激波诱导矢量喷管三维两相流数值模拟

运用颗粒轨道模型对轴对称激波诱导矢量喷管内流场进行了数值模拟,并与纯气相条件下的计算结果进行了对比分析,研究了1～30μm不同直径颗粒的运动轨迹和内流场参数的分布特征,并对矢量喷管的推力性能进行了研究。结果表明,颗粒相的加入对射流推力矢量喷管内流场和推力性能都带来很大影响,影响规律与颗粒直径密切相关。为两相流条件下射流矢量喷管的试验研究提供了一定依据。     

高过载条件下绝热层烧蚀实验方法研究 (Ⅰ)方案论证及数值模拟

分析了高过载对固体火箭发动机流场和绝热层烧蚀的影响规律，提出一种新的研究思路：采用数值模拟方法来预示发动机三维两相流场，建立高过载流场模拟实验装置，开展绝热层烧蚀实验，建立高过载条件下的绝热层烧蚀模型，在此基础上发展高过载发动机绝热层设计和烧蚀预示方法。其中关键技术是高过载流场的模拟，对粒子加入法和弯管分离法两种方案进行了论证，认为弯管分离法原理上是可行的。为了验证这种方案的可行性，开展了弯管通道两相流的数值模拟研究，计算结果表明弯管装置具有使凝相粒子聚集形成高浓度粒子流的功能。     

聚集状态下燃烧室凝相粒子粒度特性实验

设计了具有收敛段的粒子发生装置,采用密闭收集水罐,针对HTPB推进剂开展实验,有效完整地收集到了聚集状态下的凝相粒子。采用扫描电镜和粒度分析仪对收集的粒子进行了分析。结果表明,聚集状态下颗粒间碰撞聚合非常严重,大颗粒一般由多个颗粒聚合而成。碰撞聚合条件下凝相粒子的粒度分布范围比较宽,颗粒分布峰值粒度在9～13μm之间,比非聚集状态下的主峰粒度大很多。研究结果可为两相流数值计算、发动机工作过程分析提供基础数据。     

模型发动机内凝相颗粒碰撞的数值模拟

针对燃烧室内的高温液态凝相粒子,利用所建立的数学模型对聚集状态下粒子间的碰撞与聚合及其与发动机壳体之间的相互作用过程开展了数值分析,获得了收敛管内壁面上液膜厚度及从出口处逃逸的粒子直径分布,并和实验数据进行了比较分析。结果表明在发动机两相内流场计算中,将凝相粒子看成无蒸发的液滴更为合适;聚集状态下凝相粒子间的碰撞与聚合对粒子直径的分布有很大的影响;粒子和壁面之间的相互碰撞不但会导致大量小尺寸粒子的生成,而且也是收敛管内壁面上金属膜形成的直接原因。     

涡流阀几何参数对固体发动机推力调节特性的影响

为了获得涡流阀参数对发动机推力调节性能的影响规律,针对涡流阀的加注方式以及几何结构,利用建立的基于涡流阀方案的固体火箭发动机推力可调实验系统开展了实验研究。通过实验结果的分析,得到了加注环孔径、涡流室高度和直径以及中心进气面积的不同对涡流阀调节性能的影响规律。结果表明:适当降低涡流室的高度、较大的中心进气面积、较大的涡流室直径有利于提高涡流阀的调节性能。因此,可以通过对涡流阀结构的优化设计来提高发动机的推力调节性能。     

过载条件下固体发动机内流场数值模拟

应用颗粒轨道模型，连续相控制方程按二阶迎风有限体积方法进行离散，并对纵、横加速度载荷均为20g、30g和35g的固体火箭发动机燃烧室内两相流动进行了模拟。结果表明，有纵横加速度载荷的情况下，发动机燃烧室内颗粒相会形成粒子聚集流，对承载方向的装药和壁面产生严重的冲蚀，明显改变了发动机燃烧室内原有的轴对称流动形态，同时承载方向上粒子聚集流的最大密度点随横向加速度的增加而远离发动机后封头。这些结果与实验发动机试车结果有较好的一致性，为发动机绝热层异常烧蚀机理分析提供了理论依据。     

双转子涡喷发动机喷水诱喘方法

在某型双转子涡喷发动机上,进行了稳态复合式诱喘方法的试验研究,即把涡轮Ⅰ、Ⅱ级导向器和尾喷口流通面积,按相同于设计状态的百分比缩小,同时向主燃烧室里喷水,诱使喘振发作。缩小数值应恰当,大了会造成不喷水时发动机严重超温,小了会造成水起不到明显堵塞作用,不易逼到喘振点。这个百分比缩小值可以事先估算。      

聚集状态下凝相颗粒的收集与测量

发展了一种可以收集燃烧室中聚集状态颗粒的方法，研制了收集实验装置。数值计算表明，通过改变实验装置的收敛角和实验状态参数可以模拟真实发动机中的颗粒聚集状态。利用该实验装置开展了聚集颗粒收集实验，实验工况模拟了某高过载发动饥在横纵向过载均为40g时的颗粒聚集状态。对实验收集到的颗粒进行了电镜分析，发现大颗粒是由多个小颗粒聚合而成，说明聚集状态下颗粒间碰撞聚合的概率大大增加。对粒径分布进行了半定量的统计，与非聚集状态下的发动机燃烧室中的粒径分布作了比较，证明聚集状态下粒径要比非聚集状态下的大得多。     

前后翼型装药结构SRM气固两相流动特性

基于可压缩流动强守恒型Navier-Stokes方程,运用颗粒轨道模型(PTM)和shear stress transfer(SST)k-ω湍流模型,采用计算单元内颗粒源法(PSIC)进行气固两相耦合计算,建立了某型前后翼型装药结构固体火箭发动机(SRM)工作初期的三维两相内流场数值计算模型.对比分析了纯气相和气固两相...     

双转子轴间滑油颗粒运动轨迹参数化模型

为研究双转子轴间滑油颗粒运动对环下润滑收油效率及轴承腔油气分离效率的影响,建立了对转轴间在边界层流场结构下基于质点运动学的滑油颗粒运动轨迹参数化模型,并采用经实验验证的计算流体力学（CFD）数值计算结果进行验证。双转子轴间的边界层流场结构的确定运用了对湍流边界层卡门三层结构速度分布进行修正的方法。结果表明：给出的参数化模型可以很好地描述双转子轴间的滑油颗粒运动规律。直径较大的颗粒径直或沿弧线迅速到达外轴,而直径较小的颗粒中存在一个在给定停留时间内使颗粒无法到达外轴的最大直径,小于这一临界直径的颗粒在有轴向气流时将被吹离轴间环腔。     

旋转弹体马格努斯效应数值模拟方法研究

旋转的弹体通常会存在马格努斯效应,严重影响飞行稳定性和弹道轨迹。提出基于旋转壁面法的多对称面弹体旋转效应数值模拟方法,无需借助动网格和多参考系模型,仅需要将旋转速度附加壁面,即可使用定常方法模拟马格努斯效应;同时,使用SOCBT标准弹体模型对该方法进行验证分析。结果表明:计算值与试验值吻合较好;由于旋转引起的附面层堆积以及大攻角分离效应、激波的干扰,计算时附面层的网格节点要足够密,并且应该针对不同的攻角选择精度与效率兼顾的计算模型。