快速升压过程喷管侧向载荷流固耦合分析

针对固体火箭发动机大膨胀比喷管出现的侧向载荷,采用三维数值仿真方法进行分析。通过集成软件平台MpCCI,连接计算流体动力学软件FLUENT和有限元软件ABAQUS,结合FLUENT中UDF功能,对燃气流动与喷管结构运动变形进行了耦合计算。计算结果发现,此大膨胀比喷管在快速升压阶段先后经历了自由激波分离和受限激波分离;分析得出了较强的侧向载荷主要由不对称的燃烧波、激波转变和喷管出口部位的激波震动3种状态产生;侧向载荷的大小也与快速升压的时间快慢有较大关系。采用流固耦合计算方法能体现喷管的结构变形,从而更准确地反映喷管与燃气流相互影响的真实环境,为更深入研究大膨胀比喷管侧向载荷提供了支撑。     

固体火箭发动机喷管及羽流流场的数值分析

采用FLUENT流动计算软件对某空射型导弹发动机的喷管及羽流流场进行了一体化的数值仿真研究,分析了导弹飞行高度和马赫数对喷管羽流流动的影响。仿真结果与地面热试车观察到的结果相吻合,可为固体火箭发动机的研究开发提供参考。     

固体火箭发动机喷管瞬态流场特性分析

为准确预测某型固体火箭发动机喷管的流场特性,建立了发动机燃烧室-喷管一体化三维流场模型,考虑了上游流场-燃烧室对喷管流场的影响,应用有限体积法,仿真计算出了发动机点火启动过程中喷管内激波的存在及变化趋势,仿真结果与一维等熵函数理论分析结果相一致。结果表明,在发动机点燃初期,喷管内燃气呈现亚音速流动,随着时间推移,在喷管扩张段出现了一道激波,燃气流动出现壅塞,随着燃烧室内燃气压力升高,激波逐渐移出喷管,喷管内呈现超音速顺畅流动。     

某固体火箭发动机点火启动过程三维流场一体化仿真

以某固体发动机的燃烧室和喷管为一体化研究对象,采用三维流场控制方程,应用有限体积法计算了发动机点火启动过程中燃烧室和喷管内燃气的流场特性。发动机药柱上的着火点最初出现在药柱星角尖上,然后向四周扩展;在药柱点火初期,燃气压力波先于火焰峰到达喷管;随着燃烧室内燃气压力升高,压力沿轴向分布逐渐平缓;当喷管进口压力与出口背压比达到某一值时,喷管扩张段内出现一道激波,随着压力比的升高,激波最终移出喷管,燃气流速在喷管出口处达到最大值。     

反推火箭燃烧产物空间羽流场污染分析

卫星与火箭之间的分离通常由安装在箭体四周的反推火箭提供可靠分离能源。在反推火箭工作过程中固体推进剂燃烧产生高温高压燃气由反推火箭喷管出口喷出从而产生星箭分离作用力,但反推火箭喷管出口喷出的高温高压燃气在真空环境中会由高密度连续介质燃气流逐渐变化到具有极低密度的稀薄气体自由分子流,形成一个相当大范围的燃气混合物羽流污染影响区,会对卫星表面洁净度产生不良影响。若在反推火箭产品类型确定的前提下,哪些因素对反推火箭羽流污染影响区域存在影响,通过对反推火箭燃烧产物的空间羽流场进行分析和数值计算,定量获取了反推火箭的安装位置与安装角度这两种因素对箭上特定区域燃气混合物羽流污染的对应关系,为后续星箭分离设计中反推火箭安装设计提供参考。     

水下固体火箭发动机的负推力现象研究

针对水下固体火箭发动机工作环境压强高的特点,结合固体推进剂的燃烧特性,采用UDF方法定义喷管入口边界条件,建立了固体推进剂燃气质量生成与水下超音速气体射流的耦合计算模型。将该模型的计算结果与水下固体火箭发动机的实验测量结果进行对比,验证了该模型的合理性。研究发现,水下固体火箭发动机在点火初期会出现负推力现象,负推力产生的原因是发动机点火初期,喷管内被过度压缩的燃气冲出喷管后,在喷管尾部形成一个超音速燃气泡,超音速流动使泡内压强降低;同时受到流动惯性作用的影响,气泡持续膨胀使泡内压强进一步大幅降低,发动机前后端面上的压差最终导致负推力现象产生。     

水环境下喷管流动分离数值研究

为了研究水环境下发动机喷管流动分离现象以及影响因素和规律,基于VOF多相流模型和SST k-ω湍流模型,建立了水环境下固体火箭发动机喷流流场数值仿真模型,并进行了不同喷管扩张比和NPR(燃烧室总压与环境压强之比)下的喷流流场数值模拟。通过数值仿真分析获得了水环境下喷管内发生流动分离时推力、压力特征和流场非定常变化特征,水环境下喷管内流动分离具有强烈的非定常振荡特征,分离激波会在分离点与发动机喷管出口之间呈现推进-返回-推进周期性振荡的流动特征。同时,获得了喷管扩张比和NPR对流动分离特征的影响规律,相同水深环境下不同扩张比喷管对流动分离点位置影响较小; NPR越小,流动分离点的位置处喷管扩张比越小。     

火箭发动机喷管中气流分离预估的现状

在过膨胀火箭发动机喷管中,当壁面气流压力与环境压力之比达到一定值时气体会从喷管壁分离。这种气流分离及其理论预估是过去十年中试验和理论研究的课题,而且为预估气流分离而建立的各种模型和所做的各种假设已经得到很大发展,既有理论模型,也有纯经验模型。本文借助于在 DLR(德国航空航天研究院)所建立的数据库,对不同模型进行了论述,几乎包括了所有公开发表的气流分离数据。本文对一种新的、更加准确的分离准则提出了看法。试验时,在喷管中观察到两种不同的气流分离现象,即自由激波分离和受限激波分离。对这两种现象都进行了详细讨论,并描述了压缩波和膨胀波。对于自由激波,排气羽流中可以产生三种不同的激波结构:有规则的反射激波、马赫盘及帽状激波。这些激波除了存在于过膨胀喷营外,在满流喷管中也存在。对现有火箭发动机喷管,如 SSME 或火神号发动机喷管,所得到的数值结果与试验照片在定性方面是一致的。对不同类型的激波现泉进行了讨论。另外,对至今还未深入了解的受限激波分离现象也给出了解释,分析了它产生的原因和条件。结果是喷管型面的形状极大地影响着气流分离的形式。根据气流分离得到的这些结果,提出了对侧向载荷产生原因的看法。     

地外天体上航天器起飞瞬时羽流对主发动机干扰效应影响

与地面运载/导弹发射相比,地外天体起飞航天器的主发动机在受限空间内点火瞬时,将短时处于非自由流态的工作环境条件下;羽流激波进入喷管内部且可能产生"激波贴壁",对发动机喷管造成力、热综合效应,影响发动机工作的安全可靠性。文章从地外天体受限条件下羽流对发动机的影响要素出发,完成地外天体受限条件下的羽流建模和仿真分析,给出激波在喷管内的分布形态和变化规律并进行试验验证。所得结论可对地外天体起飞航天器的构型布局设计、导流设计和主发动机工作安全性评估提供参考依据。     

固体火箭发动机喷管分离流动流固耦合数值仿真

针对固体火箭发动机大膨胀比喷管出现的分离流动,采用数值仿真方法进行分析,并与试验进行对比。通过集成软件平台MpCCI,连接计算流体动力学软件FLUENT和有限元软件ABAQUS,对燃气流动与喷管结构运动变形进行了耦合计算。耦合计算结果发现,此大膨胀比喷管发生气流分离,且分离处斜激波后的气流温度与压力变化较大,采用流固耦合数值方法能体现喷管的结构变形,从而更准确地反映喷管与燃气流相互影响的真实环境。耦合计算结果与试验进行对比得出,耦合计算得到的分离位置能很好地拟合实验测得的气流分离位置,说明了流固耦合数值方法的有效性,为更深入研究大膨胀比喷管分离流动现象提供了支撑。     

On the Possibility of the Existence of Volatile Compounds in the Region of the Scott Crater on the Moon

In this paper, we analyze the illumination conditions, the thermal regime, and the possibility of deposits of volatile compounds existing in the vicinity region (NSR S5 region) near the southern pole of the Moon. It has been found that there are no permanently shadowed zones near the Scott crater and the NSR S5 region, though the temperature conditions allow the of compounds such as CH₃OH, SO₂, NH₃, CO₂, H₂S, C₂H₄, and water to remain stable relative to evaporation for a long time (≥1 Gyr). It has been also shown that compounds like CO and CH₄ cannot stably exist in these regions.     

On the stability of the track of the space elevator

A string moving with geostationary angular velocity in its radial relative equilibrium configuration around the Earth, reaching from the surface of the Earth far beyond the geostationary height, could be used as track for an Earth to space elevator. This is an old dream of mankind, originating about 100 years ago in Russia. Besides the question of feasibility from a technological point of view also the question concerning the stability of such a configuration has not yet been completely solved. Under the assumption that a proper material (carbon nanotubes) is available, making the connection possible technologically, we address the question of existence and stability of the radial relative equilibrium of a tapered string on a circular geosynchronous trajectory around the Earth, reaching from the surface of the Earth far beyond the geostationary height.     

实施“三位一体”教育模式 提高学生的综合素质

本文介绍了“三位一体”教育模式的内容,描述亍我们实施该模式所采取的措施及取得的成效。实践表明,“三位一体”教育模式能够提高学生的综合素质,为学生毕业后的发展打下坚实基础,对教育模式的改革具有一定的指导意义。     

对高校学生欠费问题的思考

本文以独特的视角，分析了高校学生欠费造成的危害及形成的原因，提出了解决该问题的若干对策，对指导高校学生欠费清理工作有一定参考价值。     

Does the endolymph pass through the base of the cupula?

Whether the endolymph of the semicircular canal passes the cupular partition or not was examined using the lateral semicircular canal system of adult pigeons (Columba livia). By applying various pressures by means of injection of a dye solution through the membranous canal, it was found that the dye solution, was seen to pass the cupula even under very low pressures when the pressure was increased gradually. When pulled by a magnet, the ultrafine particles of the dextran magnetite contained in the injected fluid were found to pass through the subcupular space without evident increase of the ampullary pressure.     

对高校学生欠费问题的思考

本文以独特的视角,分析了高校学生欠费造成的危害及形成的原因,提出了解决该问题的若干对策,对指导高校学生欠费清理工作有一定参考价值.     

从应变计现状看电阻式传感器的前景

电阻式传感器的核心部件——电阻应变计是目前最常用的应力分析的敏感元件。也常用于测量力、压力、扭矩和加速度等物理量。作者简要回顾了电阻应变计的发展历史，介绍了电阻应变计的结构、分类及现状，展望了电阻式传感器的前景。     

实施"三位一体"教育模式提高学生的综合素质

本文介绍了“三位一体”教育模式的内容,描述亍我们实施该模式所采取的措施及取得的成效。实践表明,“三位一体”教育模式能够提高学生的综合素质,为学生毕业后的发展打下坚实基础,对教育模式的改革具有一定的指导意义。     

混沌码用作测控扩频码的可行性研究

阐述了混沌码的基本特性,提出用混沌码作为测控扩频码的构想,并讨论了混沌码扩频测控体系构成,以及体系中的关键技术,从而论证混沌码扩频测控体制的可行性,研究表明混沌码比传统扩频码有更强的保密和抗多址干扰特性。     

Estimation of the current density and analysis of the geometry of the current system surrounding the Earth

The results of an investigation of the distribution of plasma pressure, pressure gradients, and magnetic field near the equatorial plane in the plasma ring surrounding the Earth under magneto-quiet conditions are presented. Observational data obtained during the international THEMIS mission are used. The picture of the distribution of transverse-current density near the equatorial plane was obtained under assumption of observing the magnetostatic balance condition at geocentric distances from 6 to 12R _E. In estimating the integral transverse current it was accepted that in daytime sector the magnetic-field minima on magnetic field lines are not localized in the equatorial plane. Estimates of the integral transverse current were obtained, which demonstrate the possibility of closing nighttime transverse currents at geocentric distances of up to ～12R _E inside the magnetosphere, which form a high-latitudinal continuation of the ring current.