微重力火箭气动加热计算

针对气动外形为曲线、锥（柱）旋转组合体的微重力火箭，采用半球－柱（锥）和后掠翼的气动加热计算方法及公式，分析计算了超高音速飞行状态下微重力火箭各特征表面上的热流及温度，并用一元平板传热模型和差分方法计算了箭体结构内部的温度分布，为箭体结构及热防护提供了有效的设计方法和可靠依据。     

导弹气动特性工程计算通用程序设计与研究

以三级以下弹箭常见的气动外形为计算模型，编制了气动特性工程计算通用程序（ADM系统），该软件适用于计算马赫数0～10、飞行攻角0～30°范围内多种火箭和导弹的气动参数。利用风洞实验数据详细检验了计算误差，除跨音速段外，升力、阻力系数计算误差分别小于3％和3．5％，压心系数误差小于1％。经过防雹火箭和探空火箭使用验证，该程序用于火箭设计是可靠的。     

双翼末敏弹尾翼弹性对气动特性影响分析

受安装条件限制,无伞末敏弹尾翼通常很薄,在末敏弹下落过程中,厚度不超过1mm的末敏弹尾翼将在气动力作用下发生一定程度的变形,变形后的尾翼又将对末敏弹气动特性产生影响。文章采用双向流固耦合方法对S-S型双翼末敏弹弹性尾翼进行研究,分析末敏弹气动参数随攻角和速度的变化趋势;采用计算流体力学方法对末敏弹刚性尾翼进行研究。将弹性尾翼与刚性尾翼的末敏弹气动参数进行对比。结果显示,刚性翼、弹性翼末敏弹的阻力系数均随攻角的增大呈准线性递减趋势;刚性翼、弹性翼末敏弹的升力系数均随攻角的增大呈递增趋势。自由飞行试验结果显示,末敏弹的气动参数与弹性翼末敏弹的仿真结果更为贴切。     

控制系统数字化仿真技术

控制系统数字化仿真技术采用自主开发的新的建模方法，对高达七八十阶的微分方程组的运载火箭动力学方程未作任何简化和弹性峰值补偿，将针对各种飞行状态的火箭箭体参数变化用预处理的方法进行技术处理，不但克服了小型仿真机内存小的困难，而且大大缩短了箭体方程解算帧时，在小型机上实现了多波道同时进行的高精度的实时仿真模型。     

基于Volterra级数降阶模型的气动弹性分析

采用Volterra级数进行非定常气动力辨识,建立了基于状态空间的非定常气动力降阶 模型,耦合结构方程,建立了降阶的气动弹性系统和气动伺服弹性系统,开展了颤振分析和 颤振主动抑制的初步研究,计算效率提高了2～3个数量级。通过气动弹性标模AGARD445.6和 气动伺服弹性标模BACT算例验证,证明降阶方法正确,可以提供高效、高精度的气动弹性 分析。
     

无控火箭箭架系统扰动分析

无控火箭发射时,箭架系统耦合振动使得半约束期发射扰动引起的火箭偏转角速度变化和下沉量加剧,成为影响火箭落点散布的关键因素。以某型火箭发射系统为基础,采用物理模型和软件分析方法研究发射装置液压缸振动、发射仰角和箭架配合间隙等因素对出轨扰动的影响。根据液压缸压力变化结果,计算出燃气流作用下箭架系统的扰动频率,进而计算出燃气流扰动下火箭在半约束状态下受牵连运动影响的初始扰动值。理论计算结果显示,箭架振动幅值约占整个扰动角速度的1/5。计算和试验测量结果吻合较好,分析结果对火箭精度、箭架结构匹配性分析和发射装置设计具有指导意义。     

大型捆绑火箭模态纵向分量对姿控系统的影响分析

针对助推段固体捆绑火箭纵-横-扭强耦合的模态特征,在小变形假设下推导了某型 固 体捆绑火箭姿态动力学模型,系统分析了模态纵向分量对箭体姿态运动和弹性变形的影响。 研究表明,模态纵向分量对箭体姿态运动影响较小,但会加大速率陀螺特别是滚动通道速率 陀螺输出信号的高频抖振,这一现象是捆绑火箭因助推器的存在所固有的。模态纵向分量容 易和部分“呼吸”模态和扭转模态发生耦合,但对横向弯曲模态基本无影响。〖JP〗     

栅格翼在减小火箭残骸落点散布上的应用

文章利用栅格翼高气动效率、高阻力的特点,探索其在火箭芯一级残骸落点散布控制上的应用。首先介绍了栅格翼气动性能分析采用的数值模拟方法,通过与试验数据对比,验证了方法的可靠性。针对火箭芯一级箭体,开展了栅格翼设计研究,给出了详细的栅格翼几何尺寸,分析了其在亚跨超声速阶段气动性能,通过6自由度蒙特卡罗弹道拉偏仿真,对比了栅格翼安装前后火箭芯一级残骸落点散布范围。结果表明,火箭芯一级加装栅格翼后,上升段折叠安装,阻力增量较小,超声速阶段阻力增量2%以内;再入段栅格翼打开,小迎角范围内火箭芯一级残骸压心后移明显,气动稳定性增强;芯一级残骸进入大气层后飞行姿态迅速振荡收敛,残骸落点散布范围大幅缩小,安装栅格翼后火箭芯一级落点散布面积减小约76%,这种基于稳定栅格翼进行落点控制的方法具有机械结构简单,易于工程实现的特点,适用于各类运载火箭的改造,可大幅度减小落区的范围。     

涡轮叶型冷热态转换在液体火箭发动机中的应用

闭式循环液体火箭发动机涡轮叶片载荷大,温度分布复杂,叶片变形对气动参数影响显著。在以往的液体火箭发动机涡轮设计中,一般将设计出的叶片直接进行加工,而不考虑工作变形的影响。提出了一种叶片冷热态转换的方法,并以某发动机主涡轮为研究对象,首先通过气热固耦合仿真对比叶片变形对气动性能的影响,变形后的涡轮效率、流量、轴向力等参数均发生了显著变化,然后通过修正迭代对该叶片进行变形补偿,将热态工作叶片转化为冷态加工叶片。结果表明,该方法可以使叶型的气动参数得到精确控制,可开展工程应用。     

结构变形对斜流压气机性能的影响研究

采用基于有限元的结构静强度分析和CFD全三维流场仿真手段,对某斜流压气机工作状态下结构变形和变形后的气动性能进行研究,结果表明:提出的数值仿真流程能够有效模拟压气机工作状态下结构变形对气动性能的影响,从而为发动机系统参数平衡提供数据支撑;压气机叶片前缘顶部刚度小,变形量大,但对叶轮气动性能影响较小;叶轮尾缘边径向变形对压气机增压能力影响显著;顶部泄漏间隙的变化对压气机效率产生影响.     

吸气式高超声速飞行器鲁棒反演控制器设计

针对吸气式高超声速飞行器气动／推进／结构弹性耦合控制问题,提出了鲁棒反演控制器设计方法。采用反演和动态逆方法设计虚拟控制量和实际控制量,通过引入一阶低通滤波器来获取虚拟控制量的导数,解决了虚拟控制量求导复杂问题;为了增强控制器的鲁棒性,采用充分光滑投影算子对模型非匹配不确定项进行估计和补偿,同时避免了可能出现的参数漂移问题。仿真结果表明,该控制器对模型气动参数拟合误差、攻角和升降舵偏角摄动、气动弹性影响具有鲁棒性,对速度指令和高度指令具有很好的跟踪效果。     

锤头体弹性振动跨音速气动阻尼系数的确定

通过研究锤头形运载火箭跨音速飞行时，箭体结构的弹性振动与气体运动的耦合效应，描述了用全弹模型的风洞实验和非定常数值计算、确定气动阻尼系数的技术和方法，分别给出了实验和数值模拟的结果，并对结果进行了对比分析。结果表明，在气动阻尼实验中，模拟低阶固有模态的前节点位置是非常重要的，该方法可以作为研究航天飞行器非定常飞动特性的一种方法。     

箭体上的凸起物对火箭气动特性的影响

综合大量实验研究结果,本文给出了火箭箭体上的环形凸起物和纵向凸起物对火箭气动特性的影响。其中最主要的是改变滚转力矩的大小和方向。而这正是姿态控制系统设计的重要依据之一。因此,给出凸起物的设计原则,对火箭气动设计有实际意义。     

多机并联火箭羽流流场及其底部热环境分析

针对某多机并联火箭羽流流场结构复杂、底部热环境极为恶劣,有可能导致发动机结构部件失效的问题,通过数值仿真对其飞行过程不同高度下的羽流流场及热环境进行研究,并与热环境实测结果进行了对比分析。计算结果表明:火箭低空飞行时,各发动机羽流互不干扰,随着飞行高度不断增加,羽流逐渐扩张并开始相互干扰,最后在箭体底部出现明显回流,最大热流在起飞时刻,与飞行实测值基本一致。出现回流之前,箭体底部主要受辐射热影响,随着回流出现,对流热流随之增大,但也远小于起飞时刻的热流峰值。计算得到的多机并联火箭羽流流场及其热环境分布对发动机舱外结构热防护优化设计具有一定的指导意义。     

基于Fluent计算的火箭离轨姿态运动仿真与分析

在航天器姿态运动分析中常遇到液体的流动、晃动及流/固耦合等问题,针对这类问题建立精确的数学模型是很困难的,通常需要利用数值计算和仿真手段进行分析。利用用户互动功能(UDF),引入自定义的变量源函数,应用Fluent对运载火箭离轨姿态控制进行剩余燃料的流场数据分析。通过在流体运动方程中加入相关的牵连运动,得到在轨运行状态下贮箱内剩余液体的运动参数和对贮箱的干扰力矩,为运载火箭系统的姿态运动分析和仿真提供运算参数,使得流场的变化与运载火箭的姿态运动相关联,分析各个时刻流场运动状态对箭体姿态的影响。     

一种基于当地流活塞理论的超音速导弹气动伺服弹性分析方法

运用当地流活塞理论计算导弹的非定常气动力，在状态空间内实现了气动弹性系统与控制系统的耦合，并进行了时域分析。对某典型导弹的气动伺服弹性问题算例，计算了不同马赫数、不同迎角以及不同的传感器安装位置对导弹气动伺服弹性特性的影响，同时考察了控制系统的引入对不同刚度弹体气动伺服弹性特性的影响。算例结果与理论分析相吻合，表明该方法能简便的对全机、全弹复杂外形的气动伺服弹性正问题进行高效准确的分析，在较大范围的马赫数和迎角内都能得到可靠的结果。     

立式捏合机桨叶结构与桨叶变形量的CFD仿真

立式捏合机搅拌槽内桨叶与物料之间的相互作用会引起桨叶的变形量。为揭示桨叶结构参数与桨叶变形量之间的变化关系,选取1 L两桨立式捏合机为研究对象,基于ANSYS Workbench 14.5仿真分析软件采用流-固耦合方法,研究了桨叶结构参数(间隙、螺旋角)对桨叶变形量的影响。研究结果表明,增大桨桨间隙使空心桨最大变形量逐渐减小,使实心桨最大变形量先减小、后增大;增大桨叶螺旋角使空心桨最大变形量逐渐减小,使实心桨最大变形量逐渐增大。     

液体运载火箭长细比设计研究

在运载火箭的总体设计中,火箭长细比是一个非常重要的设计参数,它对火箭构型方案的确定、箭体直径的选取等具有决定性影响,通常需要综合权衡载荷、结构效率、姿控稳定性、生产制造以及运输等多方面的因素来确定,火箭长细比设计对箭体直径统一、火箭型谱研究也有重要意义。梳理了火箭长细比设计过程中应遵循的原则,简要介绍了火箭长细比优化设计的方法和途径,并分析了长细比对运载火箭设计的主要影响。     

复燃对液体火箭返回阶段底部热环境的影响

为了研究垂直起降液体火箭在返回阶段发动机反向喷流及复燃对箭体着陆支腿和底部热环境的影响,建立了尾焰复燃、流场及光谱辐射计算模型。在国内率先对垂直起降液体火箭在返回阶段的箭体底部热环境进行了数值计算,流场计算采用商业软件,复燃反应使用有限速率化学反应模型;采用HITRAN数据库获得喷流气体组分的光谱吸收系数、正反光线踪迹法求解辐射传递方程。利用文献实验结果,对计算进行了验证并考察了复燃对底部热环境的影响。结果表明:复燃反应对包括箭体底面、侧壁面及着陆支腿的对流和辐射热流密度均会明显升高,最高可达80%以上。因此,研究成果适用于液体火箭返回阶段底部精细化热设计,且在设计过程中有必要考虑复燃的影响。     

运载火箭的一种自适应姿态开环减载控制技术

针对运载火箭在高空风区域飞行时的减载需求,提出了一种自适应姿态开环减载控制技术。此减载控制系统采用加速度计测量火箭箭体的法向与横向视加速度,采用速率陀螺测量箭体绕质心转动角速度。设计了一种门限自动切换判别结构,使控制系统能够自动从传统纯姿态控制切换到姿态开环减载控制。当火箭遭遇到很大高空风时,控制系统姿态回路开环,俯仰通道和偏航通道分别跟踪零法向、横向视加速度指令,使火箭转到来流方向,实现减小气动载荷的目的。以某型运载火箭为例对比了几种控制方案的减载效果,仿真结果表明自适应姿态开环减载控制有效提高运载火箭减载效果,具有工程应用价值。