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...     

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。     

固体火箭发动机装药燃面计算方法

通过引入残值函数记录燃面位置,在笛卡尔离散网格上运用惠更斯原理进行燃面显式推移,实现了固体火箭发动机三维复杂药柱的燃面推移模拟和燃面计算功能;采用此算法分别对具有复杂几何构型的药柱和由不同燃速特性的推进剂构成的药柱进行燃面推移模拟。结果表明,此算法精度高、稳定性好,可准确捕捉燃面交汇、分离、消失等复杂拓扑结构变化,适用于复杂装药的燃面计算。     

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%。     

中心孔药柱中燃速的径向变化

大西洋研究公司提出了一种分析固体发动机药柱燃烧状况的计算机程序化方法,本法可直接计算局部燃速对已燃药厚的平均燃速的比。包括使用标准批检验发动机的某些特殊试验在内,对几种不同构形的中心孔药柱燃速比的药厚变化效应(“虹效应”)及数值进行了评估。分析表明这种燃速比的药厚效应是由制造方法引起的.实际上与尺寸、长径比、控制温度、燃速和药厚等发动机参数无关。提出了一种假说,认为此种药厚效应的起因与推进剂富粘合剂层的条痕结构有关,而条痕的形状又与制造方法及药柱构形有关。迄今积累的数据表明,对圆孔药柱而言,事先固定芯子的装药比先浇注后插入芯子的装药燃速约高3—4%。药柱上的各种槽沟往往限制了各点虹效应的精度确定,尽管在全部的构形中均可看到总的虹效应,且最大与最小值的差一般均在3—6%范围内变动。本文给出了各种发动机的燃速比数据,其推进剂重量从10磅左右至2000磅,长径比1:1至8:1,药厚从小于1英寸到大于7英寸,药形有槽管状、锥柱状、一端和两端的圆柱状。     

单室双推力固体发动机静止试验分析方法

提出了一种根据静止试验压强，推力一时间曲线分析串装药柱单室双推力固体发动机性能的方法，用以计算其在助推段与续航段的特征速度Ｃ，比冲Ｉ，燃去药柱质量ｍ，和推进剂燃速ｒ等参数。此方法比实例验证可行，从而为完善这类发动机的性能分析提供了依据。     

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.     

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%。     

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.     

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.     

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。     

推进剂流变性对固体火箭发动机弹道性能的影响

最新的实验研究结果指出,在固体发动机药柱内部,存在着明显的燃速随空间变化。对于中孔圆柱型药柱发动机,提出了一种研究这一变化效应的模型,由此所得结果表明,燃速随空间变化效应可用来解释燃速异常系数(BARF),从而有利于提高内弹道性能预示精度.该模型综合考虑了药柱长度、压强指数及燃速随空间变化数值等因素.     

固体发动机内药柱开槽对燃气流的影响

本文介绍了对先进固体火箭发动机预选药柱前段的1/8缩比模型进行的一系列冷气试验及结果。该模型模拟两个不同燃烧时间的药柱燃面。文中评价了药柱几何形状对前端中心气流的影响;确定了不同轴向位置的压力、速度和湍流分布。试验结果表明,药柱开槽可使下游气流迅速与中心气流相混合。而且,在下游药柱段表面上没有明显“射流”现象。     

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。     

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。     

高加速度冲击下固体推进剂药柱轴向形变的数值模拟

研究了截面形状、长径比及模量对固体推进剂药柱受到高加速度冲击时发生形变的影响。数值模拟表明，当药柱为厚壁柱壳、星形及圆柱形时，药柱截面形状对发生小变形药柱的应变影响不显著，三种形状药柱的轴向形变、应力、应变值差别不大。而轴向形变与长径比成正比关系，并与模量成反比关系。     

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。     

开槽管形装药（减面形）的设计与应用研究

根据一种火箭的固体发动机的要求，研究了开槽管形装药（减面形）的设计方法，并对减面形开槽管形药柱的槽数、槽长对燃面变化的影响进行了研究，提出了划分燃面变化阶层的依据。经性能试验和飞行试验证明，这种开槽管形装药（减面形）设计是正确的。     

交变环境温度下固体发动机药柱温度场分析

基于正弦函数型式的交变温度模型,开展了固体火箭发动机的传热分析,研究了药柱温度的时滞与分布规律;针对大长径比药柱的温度规律,基于有限元分析结果构造了等效温度算法。结果表明,大长径比药柱温度的空间分布、时滞性均与径向位置相关,轴向差异不明显;等效温度可近似由肉厚中部偏外侧(约0.58倍肉厚处)的特征点表征,其误差在2℃以内,滞后时间不超过5 min。