变量化约束草图驱动的药柱三维特征设计研究

为了直观而准确地支持固体火箭发动机药柱设计,提出了一种约束草图驱动的药柱三维特征造型方法。该设计方法首先通过变量化约束求解引擎对设计人员模糊的设计概念进行精确的几何坐标定位,形成一幅设计变量驱动的约束草图。然后,经过药柱特征定义,在设计规则和基于设计历史的燃面追溯统计算法的支持下,设计人员能够在约束草图上进行任意形式复杂药柱的特征定义、造型设计、燃面推移仿真与燃面统计。最后,开发了相应的药柱设计系统,并以一个管槽形药柱的设计过程,验证了本设计方法的计算效率、直观性、准确性和有效性。     

固体火箭发动机三维药柱燃面推移仿真技术及燃面通用计算方法

采用实体造型方法进行固体火箭发动机药柱三维复杂内腔推移的仿真和燃面计算,为固体火箭发动机设计提供了前所未有的设计分析手段,减少了计算的繁琐和困难.这种方法能够分析的装药结构形式十分广泛,与现有的燃面计算方法(内弹道计算法、有限元素法、边界拟合坐标法)比较,具有输入简便灵活、几何燃面计算准确、输出信息完备等优点.     

基于GPU计算架构的体素离散化复杂药柱燃面计算方法

为了高效而通用地对各种具有复杂结构的药柱进行燃面计算,文中基于图形处理器(GPU)高度并行化的计算构架,提出了一种三维离散化体素点阵表达的燃面计算方法.首先,将药柱所在的包围盒空间均匀地离散戍三维空间体素点阵,通过对边界表达的任意药柱模型进行Z-Buffer测试确定计算边界;其次,采用并行的燃烧状态填充算法确定所有的体...     

翼柱形药柱燃面退移过程的变量化设计方法

固体火箭发动机翼柱形药柱燃面拓扑结构复杂,现有燃面退移仿真算法存在耗费时间长、燃面面积计算不准确及算法通用性差等问题.针对以上问题,采用变量化约束草图驱动的设计方法,通过执行图形比例变换,缩小药柱尺寸规模,还研究了一种新的颜色标识燃面算法,避免燃面统计疏漏与重复,并提出了适合单组翼、大小翼、前后翼等多种翼柱形药柱燃面退...     

复杂星孔球形药柱燃面近似解析计算方法

球形星孔药柱是固体火箭发动机广泛采用的一种药型,多呈现复杂的三维特性。为进行设计参数的快速选择与优化,以一种具有复杂星孔的球形药柱为基础,给出了药柱燃面变化规律的近似解析计算方法,依据该方法能够在设计初期快速计算药柱燃面的变化规律,并能依此进行发动机工作性能预估,进而对设计参数进行调整和初步优化;近似解析方法与三维CAD方法所得到的燃面变化规律基本吻合,燃烧面积最大偏差小于4%。     

固体火箭发动机药柱裂纹灌浆修补技术研究

采用灌浆修补技术对固体火箭发动机药柱裂纹进行了修补,对修补区域药柱的力学性能、能量特性和燃烧性能进行了测试试验,并对发动机修补端面燃面推移规律和发动机内弹道进行了仿真,分析了发动机和修补区域的结构完整性。试验和计算结果表明,发动机装药裂纹灌浆修补法有效。     

药柱变形对发动机内弹道影响研究

通过翼柱药型结构特征简化,研究了药柱在固化降温和工作内压工况下结构变形规律。以药柱内外径和翼倾角作为变形特征参数,对药柱实体模型进行修正,实现药柱变形状态的燃面退移仿真计算,并分析了内弹道的变化。研究结果表明,药柱使用工况内径扩大、翼倾角减小,从而造成肉厚减薄、初始燃面增大,压强曲线会出现前高后低的现象。该文采用的基于药柱变形的内弹道算法,计算结果与试验曲线基本吻合,计算精度高,可供药柱设计参考。     

N_2O/HTPB固液发动机燃烧室结构对药柱燃面退移特性的数值模拟

针对采用N_2O/HTPB推进剂的某固液火箭发动机,分析研究燃烧室长径比、前燃室长度、补燃室长度以及喉径等结构参数对固体燃料热解表面燃面退移速率的影响。通过建立一种基于流场与固体燃料之间耦合传热和PDF燃烧模型的数值计算方法,并经算例验证后,说明此数值模拟方法的合理性和正确性。因此,应用此数值模拟方法分别计算了燃烧室各结构参数对固体燃料热解表面退移速率的影响:药柱长径比对燃面退移速率影响较大,随着药柱内径的不断增大,退移速率逐渐减小;随着前燃室长度的增大,燃面退移速率也相应增加,但幅度较小;而补燃室长度以及喉径对退移速率基本无影响。适当增加补燃室长度,可增强氧化剂与燃料热解气体的掺混效果,从而提高燃烧效率。     

固体发动机药柱CAD及燃烧模拟分析

本文介绍了固体发动机药柱CAD燃烧模拟分析系统(CAPBAS).该系统使药柱设计直接从三维实体造型开始,模拟药柱燃烧过程,得到药柱燃面退移的图象显示,获得不同燃烧距离下的药柱几何参数和动力学参数,供内弹道性能分析使用.CAPBAS建立了5个数据库,作为图形数据和外界专业计算程序的传输共享界面.应用该系统软件,对两个实际发动机药柱进行了分析.     

嵌金属丝两级药柱掺混燃烧下的内弹道计算

为了预示嵌金属丝端燃药柱和后翼柱药柱掺混燃烧条件下单室双推力发动机的内弹道性能,首先对高压段和低压段燃烧过程中的复杂燃面变化进行分析,获得不同增速比对应的燃面与基准燃面之间的关系。然后,考虑压强转级对增速比的影响,获得过渡段二者的关系,从而实现了整个燃烧过程增速比的无级变速,进而获得燃面退移规律,据此计算了这种类型装药发动机的内弹道性能。结果表明:计算值与试验曲线吻合良好,计算误差小于5%,证明了计算模型的合理性和程序的可靠性。该方法可用于此类型发动机的内弹道计算与分析。     

三维药柱固体火箭发动机内弹道数值模拟

介绍了一种适用于工程内弹道计算的数值模拟新方法，用直接积分法计算三维药柱燃面，能得到精确的计算结果，在内弹道计算中，设燃烧产物准定常流动，使用分段解析法进行内弹道的数值模拟。对某翼柱型三维药柱发动机内弹道进行计算，取得了接近实验的结果。     

实体造型技术与固体发动机装药燃面计算

以UG软件为开发平台，借助UG的实体造型功能，完成了固体火箭发动机装药的设计、燃面推移模拟和燃面计算，通过比较计算所得的燃面变化曲线与实际试车曲线，证明该方法具有较高的精度。     

固体发动机内弹道计算不确定性研究

建立了固体发动机一维混合内弹道计算模型,提出了提高内弹道预估精度的工程方法.采用系统辨识法建立燃速模型、计算药柱初温分布和预估药柱真实燃面,建立了内弹道性能散布分析方法.算例应用研究表明,燃速模型参数不确定性是影响发动机内弹道计算精度的主要因素,除燃速模型参数外,对总冲变化的显著影响因子依次是燃气比热容比、推力系数因子、特征速度因子和药柱密度,对工作时间变化的显著影响因子依次是特征速度因子、药柱初温和药柱密度.     

基于Pro/E特征造型技术的固体发动机装药燃面计算

以Pro／E软件为平台,借助Pro／E软件的特征造型功能及曲面论中的曲面插值法,完成了固体发动机装药燃面的推移模拟和燃面计算。通过比较计算所得的等速燃烧和不等速燃烧的燃面变化曲线。证明该方法具有较高的精度。     

无喷管助推器非定常动边界内流场数值模拟

无喷管助推器依靠药柱的扩张面实现对气流的加速,燃面的线性增加及喉面的指数增加,使其内流场呈现明显的非定常性;侵蚀燃烧、压强的不均匀分布及药柱变形,使无喷管助推器的工作过程十分复杂。通过对FLUENT软件进行二次开发,建立了无喷管助推器的非定常动边界内流场数值模型,考虑了推进剂的点火过程和侵蚀燃烧,可获得各个时刻的燃面位置及内流场分布,从而可对发动机的内弹道性能进行较准确地预示。通过对某无喷管助推器的工作过程进行模拟,内弹道计算曲线与试验曲线吻合得较好。     

固体火箭发动机的新型药柱

固体火箭发动机的药型设计,随着固体导弹技术的发展,多年来又有了新的发展。为了使人们能够更好地了解和掌握这一动态,我们希望通过综述有关资料,再结合我们的实践,把一种称之为锥柱槽型的药柱做一次较全面的分析讨论。整个分析讨论包括:新型药柱的结构、名称及燃面计算,分析药柱性能的主要依据,药柱性能的分析讨论和结论等部分。通过分析讨论得出了各部分的燃面计算公式、最佳长径比以及最佳长径比内的增面比、装填系数和药柱强度等变化规律。     

固体火箭发动机三维药柱燃面的数值计算

本文用“标准形体组合法”计算三维药柱燃面,并对计算中出现的燃面上、下波动问题提出了解决办法,实例计算与解析法求得的结果十分吻合,证明该方法是可行的。     

端燃药柱药面点火引燃过程试验

复合固体推进剂的点火引燃过程一直受到广泛关注。为了提高发动机设计质量,减少点火试验次数,以及更好地揭示燃面的引燃着火机理,本文在大气条件下对端燃药柱的点火试验进行研究,观测到了药柱点火引燃和燃面扩展的瞬时变化情况。通过进一步分析具体燃烧过程,获得了药面单点引燃的燃面扩展方式,并结合传热仿真分析、内弹道计算结果解释了药面点火源数量是影响点火延迟差异、建压时间较长的机理,以及喷管堵塞的主要作用是控制炽热颗粒落在药面上,进而增强燃面着火效率,提升发动机点火可靠性。     

固体发动机装药CAD

基于计算机图形处理直接获得燃面几何数据,发展了一种装药设计新方法,可以进行装药燃面、质量及惯性随肉厚变化的计算,为一维内弹道计算及流场计算提供更为详尽的数据,还能进行动态燃面推移,使设计者直观地判断其设计的合理性。     

多孔药柱燃气发生器的燃速变化和重现性

研完了多孔药柱燃气发生器的燃速变化特性。对几种装药量为0.5～150kg、有19～235个平行圆孔的药柱的设计进行了评价。主要讨论了多孔药柱与通常的中孔内部燃烧药柱燃速变化曲线的形状和大小的差别,不同的多孔药柱之间的差别,这些效应与弹道预测的关系,多孔药柱的压力一时间曲线重现性分析。分析采用了燃速和燃面的点火前及点火后的弹道性能评估,也考虑了侵蚀燃烧、侵蚀和沉积引起的喉面变化及特性速度变化的影响。从多孔药柱燃气发生器的点火后分析,推导出多孔药柱一般燃速变化曲线,使性能预测精度提高达3%。多孔药柱燃气发生器的性能重现性很好。高燃速发生器最大压力偏差小于3%,低燃速发生器最大压力偏差小于5%。