连续旋转爆轰发动机气液两相爆轰波传播特性二维数值研究

为了研究液体燃料连续旋转爆轰发动机(Continuous Rotating Detonation Engine,CRDE)中爆轰波形成与传播过程,采用二维CE/SE方法,对汽油、富氧空气两相连续旋转爆轰发动机爆轰过程进行数值模拟,分析了连续旋转爆轰发动机气液两相爆轰流场和爆轰波结构及入口和出口处的流场变化规律,揭示了CRDE自持传播机理。计算结果表明,燃料以时段阶梯填充方式来起爆旋转爆轰,可快速有效地形成单方向稳定传播的爆轰波;在周向方向上出口处的流场间断面要延后于入口处的间断面,出口流场间断面主要是由斜激波和接触间断面造成的,而入口流场间断面是由爆轰波引起的。通过对气液两相CRDE的二维数值模拟,可更好地了解液体燃料CRDE的工作过程,为液体燃料CRDE研究提供指导。     

喷管对连续旋转爆轰发动机性能影响数值研究

为研究尾喷管构型对连续旋转爆轰发动机性能的影响,采用内径40 mm,外径60 mm,长度50 mm的环形燃烧室,空气为氧化剂,氢气为燃料,对安装等直喷管、收敛喷管、扩张喷管和拉瓦尔喷管的连续旋转爆轰发动机的内外流场进行数值模拟。获得了不同尾喷管条件下爆轰波的传播特性和流场结构,分析了喷管构型对发动机内外流场结构和推进性能的影响。计算结果表明,不同尾喷管条件下,燃烧室内均能形成稳定传播的爆轰波;与等直喷管相比,收敛喷管和拉瓦尔喷管对燃烧室内的爆轰波的压力和传播速度具有明显提升作用,但波头高度则明显降低,安装扩张喷管条件爆轰波压力和传播速度略微有所降低,波头高度却增加。收敛喷管和拉瓦尔喷管对发动机尾部火焰具有一定的约束作用;在给定的发动机模型下,收敛喷管对发动机的推力性能提升最为显著,其推力和比冲分别为259.4 N和120.3 s,扩张喷管则降低了发动机的推力性能。     

连续旋转爆轰发动机外流场三维数值模拟

为研究连续旋转爆轰发动机(CRDE)内外流场的变化特性,采用氢气-空气单步有限速率化学反应模型,对内径为40 mm、外径为60 mm、长度为50 mm的连续旋转爆轰发动机进行三维数值模拟,获得了CRDE内外流场结构特征和旋转爆轰波相关参数的变化特性,分析了不同进气总压条件对流场结构和发动机性能的影响。结果表明:爆轰产物在燃烧室出口附近膨胀加速,压力和温度大幅降低,在流场下游产生激波使压力回升,且随进气总压的升高,激波距燃烧室出口距离增加;出口附近羽流中心形成低压高温区域,中心平面上的平均压力低于环境压力,给发动机推力带来了副作用;羽流外围的空气受出口处斜激波的扰动,压力呈现出周期性变化;发动机推力随进气总压的升高而呈线性增加,进气总压为0.55MPa时,发动机推力达到了1160 N。计算仿真结果对掌握连续旋转爆轰发动机外流场特性具有一定的参考价值。     

连续爆轰发动机的研究进展

连续爆轰发动机是一种基于爆轰波将推进剂的化学能转化成热能的新概念发动机,近年来受到世界各主要国家的高度关注。现已成功获得多种燃料长时间稳定的连续爆轰,较深入地认识了连续爆轰流场结构,初步测得推力和比冲,验证了连续爆轰发动机的性能优势并在火箭模态、冲压模态以及涡轮模态下都实现了稳定连续爆轰。对连续爆轰发动机的工作原理,以及近年来世界各主要国家在连续爆轰发动机的基础研究和应用研究方面取得的代表性成果进行了综述,并给出尚待解决的问题,为其进一步工程化应用提供参考。     

模拟发动机火焰传播过程试验研究

固体发动机火焰传播过程对发动机整个点火升压过程有着潜在的影响.利用靶线法对模拟发动机在不同点火强度、不同点火燃气射流角度和不同药柱结构条件下进行火焰传播试验研究,并对火焰传播位置、火焰峰传播速度进行了分析.结果发现,燃气倾斜喷射导致的火焰峰传播速度大于燃气平行喷射下的火焰峰传播速度;翼槽型装药发动机的火焰峰传播速度大于...     

氢氧发动机中激波与爆轰波热力参数计算分析

大扩张比氢氧发动机在地面试车时喷管中可能会出现激波,而在起动时刻燃烧室或燃气发生器中则很容易产生爆轰波,其对发动机的结构与工作状态会产生较大的影响。为准确地分析激波与爆轰波对氢氧发动机的影响,从热力参数层面进行计算分析,所有的计算都考虑热化学反应的影响。首先,在传统一维管流模型基础上引入化学平衡模型来计算和分析推进剂混合比和燃烧室压力对喷管扩张段中激波位置及热力参数影响的一般规律;然后,采用基于热化学平衡模型的C-J爆轰理论,计算和分析推进剂混合比、初温及初压对爆轰波的影响规律。计算分析表明:喷管扩张段中的激波位置与燃烧室压力呈线性关系,激波处的温度比相对于不考虑热化学反应时要低28%~38%,而压力比无明显区别,压力比与温度比在化学当量混合比时最小;爆轰波强度随着初压的升高、初温的降低而增强,在化学当量混合比时最强,初温30 K,初压1 MPa时爆轰压力最高可达220 MPa,温度可达4 500 K,波速超过3 000 m/s。得到的这两种波的规律和特点可以为发动机工程设计人员提供一定的参考。     

诱导轮超同步旋转空化传播机理

为了揭示超同步旋转空化的传播机理,对二维平板叶栅内部非定常空化流动进行数值模拟研究,叶栅的几何参数和模拟工况均来自真实诱导轮试验结果。结果表明：仿真预测的叶栅空化断裂点与试验结果接近,随空化数下降空化区的演变规律与试验结果一致。在一定的空化数范围出现传播频率比为1.1～1.4的旋转空化现象,对流场细节的深入分析发现空化区与来流冲角的相互作用是空化区波动沿周向超同步传播的机理。空化区与叶片前缘的冲角是呈正相关的,同时空化区增大会在尾缘诱发顺时针涡扰动,空化区减小会在尾缘诱发逆时针涡扰动,当扰动达到叶片喉部位置时,会对相邻叶片产生影响,空化区增加会导致相邻叶片冲角减小,相应空化区也减小,空化区减小会导致相邻叶片前缘冲角增大,相应空化区增大,如此循环往复,形成空化区波动沿周向的超同步传播。     

富氢燃气与液氧爆轰及补燃特性试验研究

为了研究富氢燃气与液氧之间的爆轰及补燃特性,以某发动机故障归零为依托,采用试验研究的方法,分析了非预混和预混两种情形下发生爆轰的可能性,探究了富氢燃气与液氧自动发生补燃的条件。通过分析试验现象和试验结果发现,在较低混合比和较低温度条件下富氢燃气与液氧不会自动发生补燃,火焰颜色呈无色透明状,白天不可见。管内预混状态下,富氢燃气和液氧可以发生爆轰,最大爆轰压比约34,且持续时间为毫秒级,在上游无预混物的情况下,爆轰波不会持续向上游传播。     

旋转助推钻地弹侵彻混凝土靶试验研究

通过改变头部形状,利用旋转火箭发动机末端加速旋转来探索新型的旋转助推钻地弹.建立了旋转助推钻地弹作用混凝土试验平台,进行了试验研究,得到了作用过程中侵彻速度与弹丸转速和火箭发动机推力之间的经验关系式.结果表明,旋转火箭发动机在助推钻地弹上应用原理上可行;在喷喉倾角不变的前提下,侵彻速度随着火箭发动机推力和旋转速度增加而...     

含铝凝胶燃料脉冲爆轰发动机工作过程瞬态特性

为了解含铝凝胶燃料脉冲爆轰发动机工作过程的瞬态机理,建立了含铝凝胶燃料脉冲爆轰发动机数学物理模型。采用守恒元与求解元数值计算方法,对单循环含铝凝胶燃料脉冲爆轰发动机流场进行了数值仿真,分析了其爆轰反应过程与冲量产生过程的瞬态特征。计算结果表明,爆轰波作用下,凝胶燃料液滴变化以剥离破碎为主,燃料液滴中铝颗粒随液滴剥离弥散于爆轰管内并参与反应,累积在最后阶段反应的铝颗粒较少。凝胶燃料爆轰燃气排放过程可划分为爆轰附着膨胀、燃气"壅塞"膨胀和膨胀减弱等3个典型特征阶段。研究结果对凝胶燃料脉冲爆轰发动机的应用研究具有参考意义。     

电磁涡旋波斜平面旋转目标运动参数估计方法

相较于传统平面电磁波,电磁涡旋波具有螺旋分布的波前相位、特殊的环形天线方向图、独特的涡旋方位维信息等特点。近几年来,得益于其特殊的物理特性,电磁涡旋波在目标运动参数估计领域受到了广泛的关注,其目标多普勒效应具有线性多普勒与旋转多普勒两维多普勒信息。现有参数估计方法实现了运动平面与涡旋天线口面平行时的目标旋转参数测量。然而,目标斜平面旋转下,现有方法将不再适用。基于电磁涡旋波所提供的目标旋转多普勒信息,提出一种斜平面旋转目标运动参数估计方法。该方法推导了一般形式下旋转目标的多普勒信号模型,通过分析斜平面下的多普勒信息特征,建立了目标运动参数表征式,给出了斜平面目标旋转参数的计算方法。最后通过仿真分析,验证了模型及参数计算方法的正确性及有效性。     

涡环旋转伞系统开伞充气过程仿真研究

涡环旋转伞是一种典型的旋转降落伞,可靠充气展开是其旋转稳定工作的前提。文章以一种典型涡环旋转伞系统为研究对象,采用任意拉格朗日-欧拉流固耦合方法研究了无限质量和低速气流条件下的开伞充气展开过程。获得了充气过程中伞衣幅和伞绳的动态变化过程以及开伞动载、伞衣展开直径、伞绳拉力等时程变化规律。结果表明,非轴对称结构的涡环旋转伞系统在合适的开伞条件下,短时间内可实现稳定旋转,并具有良好可靠性。研究结果对旋转伞系统的减速导旋机理及其结构优化设计具有参考意义。     

电子束辐照下铝合金靶中热击波传播规律研究

文章研究了电子束辐照下铝合金靶中热击波的传播与衰减规律。首先给出了基于半径回归法的铝合金本构模型,并给出了将其应用于数值模拟的计算流程。然后,利用该模型以及自主编写的计算软件DRAM1D,模拟了脉冲电子束辐照铝合金的热击波效应。将计算结果与采用理想弹塑性本构模型得到的结果以及实验结果进行了比较,结果表明,相比于理想弹塑性本构模型,基于半径回归法的铝合金本构模型所得到的热击波衰减相对较快,与电子束辐照铝合金的实验结果符合较好,更适合于描述铝合金靶材中的热击波传播。     

降落伞开伞过程正交试验研究

降落伞开伞过程存在的偏差因素可能会导致开伞动压峰值及开伞力峰值出现极大值,从而对回收过程可靠性造成影响.文章以开伞动压峰值及开伞力峰值为试验指标,采用正交试验方法对比分析了不同水平数情况偏差因素对试验指标的影响度大小,得到了试验指标极值及对应的偏差因素取值条件,并分析了忽略系统初始偏航角、初始滚转角、初始角速度等次要偏...     

平板撞击中应变波沿板面的传播

文中计算了铝板受撞击杆未穿透撞击时弹塑性应变波沿板面的传播，并与实验结果相验证。结果表明，板不太厚时，计入膜力和剪切的板弯曲理论和三维分析的结果都与实验结果相符合。为模拟杆的撞击计算时取其直接被撞部分的板具有击杆的速度和动量，其余部分为静止。板内剪切、弯曲和中面变形三者的弹塑性本构关系可以假定为不相耦合。实验中，用气炮射击铝杆，击中板后，用应变片，动态应变记录仪记录板面不同位置的应变历程。     

太赫兹波在等离子鞘套中的传播

文章介绍了平面波斜入射到不均匀非磁化等离子体时的散射矩阵方法,并用这种方法分析了等离子鞘套中太赫兹信号的传播特性;计算了鞘套的反射,透射与群时延。计算结果表明,在低碰撞频率时,鞘套的高通特性显著,随着碰撞频率的增加,鞘套的反射与透射系数随频率的变化趋于缓和;总体上等离子体的入射波频率的增加,有利于电磁波的透射。     

脉冲爆轰发动机两点点火实验研究

为研究两点点火对脉冲爆轰发动机内爆轰波起爆及传播的影响,开展了脉冲爆轰发动机两点点火实验研究。实验结果表明,两点点火能有效促进脉冲爆轰发动机内爆轰的形成,能大幅提高爆轰波的峰值压力及爆轰波传播的速度。当两点点火源距离为260 mm时,两点点火时间间隔必须大于0.47 ms,爆轰发动机内才能形成促进爆轰发生的有利条件;适当增大两点点火的时间间隔能缩短缓燃转爆轰的距离,缓燃转爆轰的距离从590 mm缩短至420 mm。     

固体推进剂爆轰感度影响因素研究

卡片试验是考察固体推进剂爆轰感度的重要试验项目。首先对卡片试验的输入冲击波压力进行了标定,然后开展了不同种类固体推进剂的爆轰感度试验,考察了固体推进剂种类、固体含量、Al含量和RDX含量对其爆轰感度的影响。结果表明,卡片试验的输入冲击波压力为7 GPa;固体推进剂的种类及配方组成是影响爆轰感度的主要因素;丁羟三组元推进剂、富燃料推进剂和燃气发生剂不具有爆轰感度;在HTPB四组元固体推进剂中,固体含量和Al含量对爆轰感度影响不大,RDX是影响爆轰感度的主要因素,RDX含量越高,爆轰感度越低,临界RDX含量为11.5%。     

星载大型旋转部件的热平衡试验方法

星载大型旋转部件因其构型复杂和相对星体其他部分转动的特性,给热设计的验证带来诸多难题。文章以“海洋二号”卫星的微波散射计为例,分别采用通过地面试验直接获取在轨预示温度的直接验证方法,以及验证热分析模型、再由热分析模型预示在轨温度的间接验证方法进行热平衡试验。通过对试验结果、热分析结果和在轨飞行结果的对比,验证了这2种试验方法正确、有效。     

采用连续旋转检偏器的天空偏振光探测装置设计与实现

为了实现对运动目标与天空散射光的偏振分布模式进行快速、有效的探测,根据连续旋转检偏器光强度透射的数学模型,利用光电传感器的积分特性,设计并构建了采用连续旋转检偏器的偏振成像探测装置。测试结果表明,该装置对偏振光的角度的测量精度优于0.069°（3σ）,偏振度的测量精度优于0.12%（3σ）。一幅偏振图像的探测时间达到0.7s。在偏振度低于4%的情况下,仍可以探测到有规律的偏振分布模式,其抵抗恶劣天气的性能优于现有的偏振导航探测装置。