多级固体火箭的最优化分析

和大多数的工程问题一样,固体火箭设计中的经济性是很重要的。因此,对各种运载火箭进行优化分析,就是要在给定的任务条件下,以获得最佳经济效盆作为系统的设计目标。结合现今固体火箭技术的进展情况,本文研究了多级固体火箭的优化设计问题,并导出了多级固体火箭各级具有不同的推进剂比冲和结构参数的一般最优重量分布关系。所采用的最优化准则是在给定有效载荷和末速度的条件下获得最小起飞重量。用拉格朗日待定乘子法推导出多级火箭各参数与不同结构比及推进剂排气速度间的最优关系式,然后用图解法确定这些最优参数。     

复合固体推进剂性能计算(布林克莱法)

本文介绍了布林克莱(Brinkley)法求解复杂系统化学平衡成分的基本原理和迭代过程,并应用于火箭发动机的热力计算,求得燃烧室内、喷管出口及临界截面的产物热力参数和发动机性能。同时给出了确定复合固体推进剂的计算密度、固体组分体积分数、氧系数和平衡组成的热力学偏导数的计算方法,以及燃烧产物相态处理的方法。     

基于序列近似优化算法的固体运载火箭弹道设计

采用打靶法研究固体运载火箭弹道优化设计问题。针对打靶法中智能优化算法效率、优化问题中约束条件提法等方面的不足,引入序列近似优化算法,提出算法中径向基函数高斯核宽度的高效确定方法。数值仿真实验表明,提出的方法可在基本不带来计算量增加的前提下,显著提高代理模型精度,使序列近似优化算法得到改进,提高优化效率。设计固体运载火箭飞行程序。建立弹道优化设计问题数学模型,并将模型中相关等式约束合理转化为不等式约束,降低优化问题求解难度;基于改进后的序列近似优化算法完成某固体运载火箭弹道优化,原始计算模型调用308次之后便搜索到最优解,较传统智能优化算法显著提高了优化效率,优化方案末助推级液体推进剂消耗比原方案减少25.7%。     

固体推进剂药柱强度可靠性蒙特卡罗法数字仿真

使用了一种计算随机载荷下固体推进剂药柱强度可靠性的蒙特卡罗模拟方法，即通过建立固体推进剂药柱的累积损伤模型，采用直接模拟法模拟随机载荷和固体推进剂药柱初始强度来获取推进剂药柱的可靠度。该方法能有效地预测运输、飞行等环境下固体推进剂药柱的强度可靠性。最后，结合实例进行了可靠性数字仿真。     

膏体推进剂和固体推进剂药浆稳态燃烧研究

在固体推进剂ＢＤＰ燃烧模型基础上，引入膏体推进剂燃烧效应这一新参数将模型推广于膏体推进剂和固体推进剂药浆燃烧研究，模型考虑了氧化剂粒度分布，组分配比，催化剂性有和膏体推进剂燃烧热效应等对燃速的影响，以及药浆固化有前后燃速差别，还有靶线法测量了某批次复合推进剂药浆固化前后燃速变化，论文结果可用于膏体推进剂的配方和性能预测，以及利用药浆燃速预示固化后推进剂燃速，监控固体推进剂制造质量。     

固体推进剂延伸率可靠寿命Monte—Carlo仿真计算

固体推进剂延伸率是影响固体推进剂性能的重要因素之一，本文采用Monte-Carlo方法，对固体推进剂延伸率随温度、时间的变化而改变进行了分析，给出了推进剂的延伸率的可靠度和可靠寿命的计算方法，并保证较高计算的精确性。最后，针对一具体实例进行计算，结果仿真结论与实际相符。     

TN在固体推进剂中能量特性的计算研究

本文简述了一种新型的有机氧化剂2,3,5,6-四硝酸酯-1,4-二硝基(口派)嗪(TN)的理化性能,并根据White的最小自由能法原理,借助于电子计算机,对其在固体推进剂中的能量特性进行了计算研究。计算结果表明,TN、铝粉(A1)和HTPB系列的复合固体推进剂的理论比冲高达276秒,比Ap、A1和HTPB系列的推进剂的比冲高10秒左右。由此可见,TN确是一种高能氧化剂。本文还对TN、HTPB系列的无烟推进剂做了初步探讨。     

数值计算技术在固体推进剂研制生产中的应用

综述了国内外数值计算技术在固体推进剂研制生产中的应用。内容涉及固体推进剂计算机辅助配方设计、固体推进剂性能预示、含能材料分子设计、化学合成软件和固体推进剂计算机辅助制造。     

复合固体推进剂单向拉伸力学模型

本文提出了复合固体推进剂单向拉伸力学模型。导得的数学表达式指出：推进剂的伸长率不仅与弹性粘结体的伸长率和固体填料体积分数有关，而且还与界面粘结层厚度和固体粒子直径有关。理论计算结果较Ｔ．Ｌ．Ｓｍｉｔｈ和Ｆ．Ｂｕｅｃｈｅ的计算结果更接近实际推进剂的结果。     

铝粉对固体推进剂羽流红外特性的影响

为研究铝粉对固体推进剂羽流红外特性的影响,建立了羽流红外传输的计算模型,通过在流场能量方程中引入辐射源项,实现了流场计算与辐射传输的耦合求解.基于欧拉-拉格朗日方法,对考虑后燃化学反应的-气固两相羽流流场进行了计算,使用离散坐标法求解羽流辐射传输方程,得到了羽流红外辐射强度在1 000～4 500 cm-1范围内的分布...     

考虑泊松比的固体发动机装药贮存寿命预估

以含单个小孔隙的立方体为代表性体积单元,结合弹性力学公式,推导了固体推进剂空穴率与瞬时泊松比的关系,得到泊松比随推进剂老化的变化规律.通过固体推进剂加速老化试验,得到固体推进剂瞬时模量及最大延伸率随贮存时间的变化规律.以固体推进剂瞬时模量和瞬时泊松比为老化参数,结合三维粘弹性有限元计算方法,计算了某发动机装药结构不同贮...     

氧化剂粒度对复合固体推进剂侵蚀燃烧的影响

本文阐述了利用透明窗发动机——高速摄影装置研究氧化剂粒度对复合固体推进剂侵蚀燃烧影响的方法。对基本配方相同,只是氧化剂粒度不同的三种复合固体推进剂进行了实验研究。经过测试、分析和计算,得出了不同氧化剂粒度推进剂的侵蚀效应对气流速度和压力的关系式,进而得出了氧化剂粒度的大小对复合固体推进剂侵蚀效应的影响关系。     

预测固体推进剂火箭发动机侵蚀燃烧的数值法

对于固体推进剂火箭燃烧可采用一维模型预测固体推进剂火箭发动机的侵蚀燃烧特性。用取决于不同燃烧速率的速度来表示固体推进剂的侵蚀燃烧。数值积分控制偏微分方程就可得到分析结果。使用非定常公式预测固体推进剂侵蚀燃烧特性。计算了各种不同药形的复合推进剂和双基推进剂的侵蚀燃烧特性。测出了各种不同药形装填密度(药柱初始通孔面积与喉面积之比)对压力时间曲线的影响。现有分析指出,装填密度是确定某一特定药形及化学成分的推进剂侵蚀燃烧特性的最重要参数之一。研究表明低燃速推进剂比高燃速推进剂反映出具有较大的侵蚀燃烧效应。同时也表明长方药形与圆柱药形相比具有较大的初始压力峰,相反压力很快就稳定到一般与装填密度无关的平衡压力。     

高能固体火箭发动机爆炸冲击波毁伤效应研究

采用解析计算法,计算了NEPE高能复合固体推进剂的爆速和爆压。通过对冲击波超压进行计算,确定了超压与距离的关系,并与试验结果进行了对比。通过研究冲击波在空气中的衰减情况,确定出推进剂爆炸后的安全范围。研究结果表明,在无掩蔽的情况下,高能固体火箭发动机爆炸冲击波超压对人员有杀伤作用的距离为82 m,爆炸后人员的安全距离为120 m。     

固体推进剂吸气式涡轮火箭发动机的建模及特征研究

建立了固体推进剂吸气式涡轮火箭发动机的设计状态数学模型,提出了燃烧室燃气与空气配比的关系,分析了压气机增压比、涡轮进口燃气总温和涡轮落压比对燃烧室油气比的影响,以及固体推进剂吸气式涡轮火箭发动机的设计特点。基于涡轮压气机功率平衡条件、静压相等的掺混条件和尾喷管流量匹配条件,建立了固体推进剂吸气式涡轮火箭发动机的非设计状态数学模型。     

硝胺固体推进剂燃烧性能计算的神经网络方法

传统的燃烧模型致力于对固体推进剂燃烧的物理化学过程的数学描述，其发展往往受到对推进剂燃烧机理认识程度的限制，本文利用误差反转（ＢＰ）神经网络建模的方法建立了硝胺固体推进剂燃烧性能及其影响因素（硝胺含量、压强、硝胺重均粒径）的定量关系，而不考虑燃烧的具体过程，根据此定量关系对硝胺固体推进剂燃烧性能的计算表明，计算结果和实验值吻合得较好，这为推进剂配方的计算机辅助设计提供了一种新方法。     

基于细观模型的复合推进剂宏观松弛行为

采用随机算法生成了指定体积分数的复合固体推进剂细观分析模型。通过有限元方法及对细观场量的均匀化处理,对复合固体推进剂不同随机分布、颗粒尺寸分布及在不同应变水平下的力学响应进行了数值模拟,研究了颗粒分布随机性及颗粒大小对推进剂松弛性能的影响,并预测推进剂在宏观上的松弛行为。类比于时间温度等效原理,建立了复合推进剂时间-应变等效,并通过该原理将各应变水平松弛曲线沿时间轴平移,得到复合推进剂的预测松弛模量主曲线,预测结果与试验结果吻合较好。通过该方法生成的细观分析模型,可直观描述细观结构损伤对推进剂松弛力学性能的影响,并可在一定程度上预测不同配比方案复合推进剂的宏观松弛行为,对复合固体推进剂的配方设计及固体火箭发动机装药设计具有一定的指导意义。     

固体推进剂点火的表面沉积模型

本文根据固体推进剂采用含有凝结物质的流动热气体进行点火的特点,提出了一个点火过程的机理,即认为在点燃之前凝结物质的热粒子首先沉积在推进剂的表面上形成一层沉积层,并根据传热理论建立了固体推进剂采用含有凝结物质的流动热气体点火的模型,求得了固体推进剂内部的温度分布和表面温度随时间的变化,以及计算点火延迟时间的解析解,再根据对流换热系数与压力的关系计算出点火延迟时间与压力的关系,将理论计算的点火延迟时间和压力的关系与实验结果比较表明理论模型是合理的。为了验证本文所提出的点火过程的沉积机理,设计了一个实验,实验结果表明在点燃之前推进剂表面确实存在一个沉积层,因而合理的理论模型应该包括这个沉积过程。     

固体分氧推进剂研究

固体贫氧推进剂与固冲组合发动机组成一种新的推进系统，可使推进系统比冲成倍增加，固体贫氧推进剂具有氧化剂含量低，金属燃料添加量增加的特点。目前，固体贫氧推进剂可分为贫氧烟火推进剂和贫氧复合推进剂两大类，每类各有其优缺点，文中讨论了固体贫氧推进剂的评价指标并对其配方进行了比较。     

复合固体推进剂燃速压强指数的影响因素

讨论了影响复合固体推进剂燃速压强指数的主要因素。它们包括：（１）粘合剂类型；（２）固体含量；（３）氧化剂类型，粘度，配比及含量；（４）金属添加剂；（５）弹道性能剂；（６）推进剂制造工艺。