富氧燃气发生器液氧供应系统频率特性分析

为了研究富氧发生器液氧供应系统的动态特性,详细考虑液氧头腔中的流动过程和喷嘴动力学环节,建立了系统的传递矩阵模型。计算了系统在发生器室压扰动下的频率响应特性,并分析液氧头腔体积、喷嘴压降、喷嘴惯性和发动机工况对液氧供应系统动态响应的影响。结果表明,由于液氧头腔的容积较大,液氧喷注导纳主要取决于头腔和喷嘴的动态特性,出口流量幅值在很宽的频率范围内都较高。增大头腔体积,则增大出口流量的幅值,降低头腔中压力响应幅值。适当提高喷注压降或喷注单元的惯性,都能降低液氧喷注导纳的幅值。在低工况下出口流量幅值在300～800Hz之间增大,不利于该频率范围的耦合稳定性。     

复合材料层合板受低速冲击后的力学性能的实验研究

利用落锤装置，对玻纤／环氧和碳纤／环氧两种复合材料层合板进行了低速低能量的冲击实验研究。利用传感器技术记录了落锤冲击试样过程中的速度曲线，计算了冲击动能和材料损伤时的能量吸收，通过数学处理得到了冲击载荷和冲击点位移曲线。测量了层合板受冲击后的剩余弯曲强度和剩余弯曲弹性模量，得出了两种复合材料层合板的能量吸收门槛值。结果表明，碳纤／环氧的能量吸收门榄值比玻纤／环氧低，但是前者有较宽的能量吸收容限。和     

两条流体力传递途径下涡轮泵壳体振动特性

液体火箭发动机涡轮泵内非定常流体力主要通过流体—壳体以及流体—转子—支承—壳体两条传递途径激励壳体发生振动,对发动机的安全可靠性造成威胁。为获得流体激励下涡轮泵壳体振动特性,建立了两条流体力传递途径下涡轮泵壳体振动响应定量预测方法,利用发动机热试车结果对预测方法的精度及可靠性进行了验证。在此基础上获得了不同途径下涡轮泵壳体的振动特性。结果表明:所建立的涡轮泵流体激励壳体振动预测方法能够较好地预测壳体振动响应主导频率及幅值,主频幅值误差小于13.85%;壳体的最大振动能量源自于泵内动静干涉非定常流动与壳体结构之间的相互作用;流体—壳体途径是涡轮泵流体激励壳体振动的主要来源,其引起的壳体振动响应幅值相比流体—转子—支承—壳体传递途径大2个量级以上。     

RBCC燃烧室超声速反应混合层特性的大涡模拟

以飞行马赫数为4.5Ma的RBCC发动机典型工作状态为研究背景,采用大涡模拟研究了支板火箭射流和空气来流形成的超声速反应混合层的掺混燃烧过程,获得了燃烧室内详细的流场结构和流动特征,分析了强射流条件下超声速反应混合层的特性。结果表明由于速度梯度的存在,火箭射流进入燃烧室后与空气来流形成环形剪切层,剪切层内丰富的旋涡结构主导火箭射流和空气来流的掺混燃烧,随着湍流能量的串级输运,化学反应过程中释放的能量将被转化成细观尺度的湍流动能,大尺度旋涡将能量传递给小尺度旋涡并最终耗散,细小尺度的旋涡一方面能够促进燃烧反应物的掺混并强化燃烧过程,另一方面会给化学反应过程带来强烈的脉动,使得局部火焰淬灭,火焰结构表现出明显的非定常性。     

摆动喷管与惯性器件超谐波耦合仿真研究

摆动喷管具有大惯量和强非线性特征,存在与惯性器件耦合的风险。建立了从指令输入到惯性器件响应输出的控制回路开环传递特性模型,用有限元方法模拟了摆动喷管非线性特征,发现了摆动喷管与惯性器件的超谐波共振耦合效应,同时讨论了几种改进措施的有效性和可行性,发现对作动器反馈信号进行幅值调制来降低耦合效应效果明显且易于应用实现。     

非线性能量阱对飞轮扰振特性的抑制

以星载飞轮稳定运行和姿态调整过程中瞬态输出扰振抑制为目标,利用欧拉屈曲梁并联线性弹簧构建一种非线性能量阱(NES)。利用所建耦合多自由度系统动力学模型,采用龙格-库塔法得到各部分时程响应曲线,并转化为能量形式对比研究在瞬态载荷和稳态激励下,外部输入能量在飞轮-非线性能量阱-支承结构之间的传递特征,进而判断非线性能量阱发生靶能量传递的初始条件。研究表明:只有在中等强度激励能量作用下,才能使非线性能量阱产生高效的靶能量传递;当能量由支承结构和飞轮组成的线性系统传递到非线性能量阱发生靶能量传递时,将产生覆盖较宽频带的显著振动响应;以实测飞轮系统稳态输出扰动作为输入载荷,安装非线性能量阱可有效抑制飞轮输出扰动的影响。     

预剪切对凝胶汽油雾化特性影响的实验研究

为研究预剪切对凝胶汽油雾化特性的影响,在已有的双股撞击式喷嘴雾化系统上设计并加装预剪切管。采用Malvern粒度仪和粒子图像速度仪(PIV)分别测量了凝胶汽油雾化场液滴的粒径和速度分布。结果表明,预剪切管对凝胶汽油的撞击式喷嘴雾化具有重要影响:一方面,预剪切管减小了凝胶汽油的表观粘度,利于雾化过程中液滴的破碎和剥离;另一方面,预剪切管增大了流动阻力,导致凝胶汽油射流动能降低和雾化后的液滴速度降低,不利于雾化。合适的喉部长度与喉部直径能够有效降低雾化流场液滴索太尔平均直径。实验数据表明,加装喉部直径为3~4 mm,喉部长度为10~20 mm的预剪切管最有利于改善雾化效果。     

艇载振动载荷下固体发动机装药有限元分析

潜艇在执行战备值班任务时,艇载固体火箭发动机要遭受复杂环境引起的随机振动载荷作用。在振动载荷长期作用下,会引起固体发动机疲劳损伤导致性能下降。以某固体火箭发动机为例,计算了艇载振动载荷作用下发动机装药的应力应变分布。通过分析计算结果,选取了容易出现问题的两条路径和一个截面,并根据Mises应力和最大剪切应力两种准则,确定了发动机药柱三个危险部位。计算得到了危险部位Mises应力和剪切应力随时间变化曲线。利用雨流计数法对危险点A的Mises应力和危险点C的剪应力循环进行了研究。研究表明,艇载固体发动机装药不可能由于瞬时受力超过极限临界值而发生破坏,振动载荷长期作用下会导致发动机装药累积损伤。危险部位的加载应力循环幅值大多数集中在小应力幅值对应区域。     

一种星箭动态界面力识别方法

为获得卫星与运载火箭界面的动态载荷,提出了采用应变测量的识别方法:沿连接环表面设置测点,每个测点粘贴应变花测量该处应变,由升空过程中采集到的应变信号经理论分析即可辨识界面力。仿真分析证明,该方法对星箭界面动态载荷幅值的识别误差可达20%以下,能够满足工程需求,可对未来卫星力学环境识别的工程应用提供参考。     

液体火箭发动机复合材料机架初步设计研究

针对液体火箭发动机承力机架,开展复合材料机架的初步设计及探索应用研究。通过对原金属机架结构设计特点分析,提出了一种碳纤维增强复合材料机架的设计方案,并对其进行了力学性能预测及设计参数影响分析等方面研究工作;最后,采用有限元软件ANSYS的APDL语言开发了复合材料机架的计算程序,该程序基于损伤累积理论,包含结构应力分析、材料的失效判断及材料的性能退化3个主要循环过程,通过仿真手段模拟了在载荷增加过程中结构内部产生损伤,并逐渐累积直至破坏的整个过程。仿真分析结果表明:复合材料的应用可在满足原机架强度、刚度和稳定性等设计要求基础上,相对于原结构实现了50%的减重。     

整体壁板填料辅助滚弯成形的动力显式分析方法

基于动力显式有限元方法,研究了整体壁板填料辅助滚弯成形分析方法。为了评估动力显式方法分析准静态问题的动态效应,引入系统动能和内能的比值作为动态影响误差,给出了确定虚拟加载速度的准则,建立了整体壁板填料辅助滚弯成形动力显式有限元模型,并进行了应力应变分析,最后对显式建模方法进行了验证。由此,为整体壁板结构参数和成形工艺参数设计与优化、成形失效分析等提供了有效的分析手段。     

Laminar dust flames in a reduced-gravity environment

The propagation of laminar dust flames in suspensions of iron in gaseous oxidizers was studied in a low-gravity environment onboard a parabolic flight aircraft. The reduction of buoyancy-induced convective flows and particle settling permitted the measurement of fundamental combustion parameters, such as the burning velocity and the flame quenching distance over a wide range of particle sizes and in different gaseous mixtures. Experimentally measured flame speeds and quenching distances were found in good agreement with theoretical predictions of a simplified analytical model that assumes particles burning in a diffusive mode. However, the comparison of flame speeds in oxygen–argon and oxygen–helium iron suspensions indicates the possibility that fine micron-sized particles burn in the kinetic mode. Furthermore, when the particle spacing is large compared to the scale of the reaction zone, a theoretical analysis suggests the existence of a new so-called discrete flame propagation regime. Discrete flames are strongly dependent on particle density fluctuations and demonstrate directed percolation behavior near flame propagation limits. The experimental observation of discrete flames in particle suspensions will require low levels of gravity over extended periods available only on orbital platforms.     

MMH/NTO双组元自燃推进剂反应机理简化

采用反应流分析结合灵敏度分析的简化方法,对MMH/NTO详细燃烧化学反应机理进行了简化,获得包含25个组分和43个基元反应的MMH/NTO简化反应动力学模型.并从着火延迟时间和燃烧火焰温度两方面,通过对比理论结果、详细机理和简化机理预测结果,在较宽范围参数内对简化机理进行了验证.验证结果表明简化机理和详细机理预测的MM...     

白刚玉对微烟推进剂燃烧性能的影响

微烟推进剂不能含有铝粉,故必须加入其他燃烧稳定剂来抑制不稳定燃烧。本文提出了燃烧稳定剂选择的关键性指标——粒度及粒度分布的可控性,认为磨料微粉白刚玉(Al_2O_3)是微烟推进剂比较合适的燃烧稳定剂新品种,进而研究了白刚玉粒度、含量对推进剂燃速、压强指数和燃烧稳定性影响的规律性,探讨了燃烧前后白刚玉粒度变化的趋势,并由实测火焰结构证实,该推进剂与双基推进剂火焰结构相似,从而为该类推进剂选择催化剂提供了理论依据.     

基于有限元仿真的薄壁圆柱壳轴向动力屈曲实验研究

研究薄壁圆柱壳的动力屈曲行为，有助于构造具有高吸能率的抗爆和抗冲击结构。基于有限元仿真，比较撞击系统动能的时间历程和屈曲变形的时间历程，提出了用以确定第二临界速度的能量迭代法，应用此方法设计薄壁圆柱壳的动力屈曲结构可有效地减少试验次数，降低实验成本。该方法的可行性和正确性利用落锤实验得到了验证。另外，数值仿真和实验研究表明：轴向冲击下的薄壁圆柱壳，随径厚比的增加，折屈边数有明显增加的趋势。     

Prediction of turbulent diffusion flames with a four-equation turbulence model

For turbulent flame prediction a four-equation turbulence model consisting of the turbulent kinetic energy, the dissipation rate and the density-velocity correlations using unweighted statistics is suggested. The fluctuating concentrations are taken into account by using Spalding's (1971) equation for the variance of the mixture fraction f and by defining the probability density function of f as beta-function. The thermodynamic model for the combustion of H₂ with air assumes infinitely fast reaction in a global single step. Preliminary results are shown for the calculation of Kent and Bilger (1972) turbulent H₂-air diffusion flame. For this flame with fluctuating density the inclusion of the velocity-density correlations appears to be essential, because they have a strong effect especially on the development of the turbulent viscosity and the mean velocity and mass fraction profiles. Consequently the mean concentrations are in good agreement with the experimental results.     

复合固体推进剂脱模型的研究

研究了复合固体推进剂颗粒界面的脱湿机理。运用弹笥－粘弹性对应笥原理建立了复合固体推进剂粘弹性脱湿两相球颗粒分析模型，利用能量守恒得到了脱湿时间的控制方程，并导出了以界面粘结能表示的临界脱湿应力的简洁表达式。计算结果表明，颗粒的体积分数、粒径和加载速率对脱湿时间有显著的影响。     

静力试验空间变形分析方法

液体火箭发动机机架在静力试验中,通常在关键位置布置多个位移传感器来测量机架在静力试验过程中的位移值,对所测的位移数据进行分析以确定机架是否满足刚度设计要求。由于位移传感器较多,无法直观、快速查找到可能存在的异常测点,同时由于无法可视化使得分析机架整体变形存在一定的困难,因此提出了一种静力试验结构变形的三维可视化分析方法。该方法利用结构的几何位置及测点位移信息,通过空间坐标重构连续再现结构在加载过程中的三维变形过程,形成三维变形动画,并基于Matlab软件平台开发了空间变形分析软件,可直观分析结构整体变形、快速查找位移测量异常点,同时软件分析结果可保存为文档文件和视频文件。该方法对于直观分析机架的整体变形过程,快速判断测点位移数据是否异常具有重要的工程实用价值。