燃气蒸汽式发射动力装置复杂内流场数值模拟

水下发射的燃气.蒸汽式发射动力装置内是一种包含了高温高压燃气湍流流动、冷却水射流的形成、喷嘴出口处的一次雾化、在横向高速燃气流中的二次雾化与汽化、含相变的水、汽两相流动等复杂的流动过程.应用CFD技术对水下发射试验低压强点和高压强点进行了含相变的三维两相加质流场数值模拟.结果表明,采用雾化理论和数值仿真技术计算得到的流场形态、特征点状态参数以及冷却水汽化情况等与试验结果基本吻合,这种新的计算方法可作为发射动力装置研究的一种有效手段.     

筒射型导弹弹射动力装置火药有用能利用系数研究

对筒射导弹弹射动力装置与发射筒之间三种不同安装方式的火药有用能利用系数进行分析计算，绘出其变化规律曲线，为导弹弹射动力装置设计者在选择安装方式之后计算装药量提供设计参考，有助于简化燃气一蒸汽弹射动力装置的研制过程。     

多级活塞缸式燃气弹射内弹道的研究

基于计算流体力学方法,建立了多级活塞缸式燃气弹射模型,采用动态网格分层技术模拟导弹的运动,研究了活塞缸的展开过程、流场变化以及内弹道特性,并将活塞缸式弹射内弹道结果与燃气弹射和零维内弹道结果进行对比。结果表明,在弹射过程中,低压室内压强分布较为均匀,温度接近燃气总温,热环境较为恶劣;随着活塞缸逐级展开,导弹运动的加速度呈阶跃式下降,弹射共持续0.74 s左右,且整个弹射过程中导弹所受过载不超过8 g;活塞缸式弹射与零维内弹道计算结果变化趋势基本吻合;在相同初始条件下,采用燃气弹射的导弹的运动加速度和速度均大于多级活塞缸弹射,采用活塞缸弹射方式,导弹承受的过载更小,弹射过程更平稳且能有效利用空间,结构更合理。     

考虑燃气引流的燃气弹射开盖载荷研究

建立一种带有导流槽装置的考虑燃气引流冲击开盖的新型燃气弹射系统模型,采用燃气弹射试验验证了数值计算方法的可靠性,在此基础上,计算得到弹射过程流场、筒盖载荷、弹体内弹道曲线变化规律,研究了改变导流槽深度对开盖载荷的影响.结果表明,发射筒与弹体间隙之间的压强呈现不断增加的趋势,且压强的扩散速率比温度更快;当导流槽深度为20...     

二次燃烧对燃气弹射载荷和内弹道影响数值研究

为了研究二次燃烧对燃气弹射载荷和内弹道的影响,采用有限速率/涡耗散模型模拟初容室内燃气射流与空气的二次燃烧过程,运用域动分层网格更新方法,对导弹尾罩运动区域进行更新。在与实验对比验证的基础上,数值研究了二次燃烧对初容室流场、载荷和内弹道的影响。结果表明,文中建立的数值方法是可靠的,能够有效地捕捉二次燃烧过程中出现的初始压强峰值;富燃燃气与空气发生的二次燃烧使流场温度、压力和载荷高于无二次燃烧流场,而且使导弹出筒时间提前。研究结果可为燃气射流内弹道和结构设计提供理论基础。     

空气/煤油燃气发生器技术研究

介绍了某动力装置采用空气/煤油燃气发生器的研究情况。为了实现某动力装置的燃料无毒化,研制了空气/煤油燃气发生器,并完成与涡轮的联动试验,试验结果表明燃气发生器性能满足动力装置要求。该燃气发生器采用电火花点火,具备富燃(余氧系数α<0.3)和富氧(余氧系数α>4.5)双模式工作能力,两种模式下均实现了轴功率输出。此外,燃气发生器还能在两模式间连续切换,且不熄火。这为满足功率需求提供了第三种工作模式。该模式也实现了轴功率输出。     

燃气蒸汽式发射系统内弹道若干问题研究

通过对燃气蒸汽式发射动力系统的研究，总结出影响内弹道计算精度的若干因素，并就其中几个影响较大的问题进行了详细的分析，开发研制出了一套用于预估内弹道性能的系统化程序。通过实验数据的比较，验证了适用于内弹道计算的数学物理模型，为燃气蒸汽式发射系统设计提供参考依据。     

氢氧火箭发动机高模试验富氧蒸汽引射仿真

氢氧火箭发动机在高空模拟试验中喷出富氢燃气,其中的残余氢气与倒吸进引射系统中的空气混合容易发生爆炸,为研究富氧蒸汽引射处理氢氧火箭发动机高空模拟试验中残余氢气的技术,采用计算流体力学(CFD)及多步化学反应动力学模型开展单级环形超—超引射器仿真,获得富氧蒸汽引射的平均流场,分析富氧蒸汽引射并发生补燃时超—超引射器的稳态工作特性,并考察富氧蒸汽中氧气含量、富氧蒸汽温度对残余氢气处理效果的影响。仿真结果表明,富氧蒸汽引射并发生补燃时环形引射器在稳态下正常工作;补燃主要发生在引射器混合室和第二喉道前端的剪切混合层;增大富氧蒸汽的氧气含量或温度,可使引射器排气中残余氢气含量降低,增强燃气处理效果。     

热损失对燃气蒸汽式发射动力系统内弹道计算影响

传统发射动力系统使用定能量系数修正内弹道计算模型,提高了内弹道特征值计算精度,但内弹道参数曲线计算值与测试值存在一定偏差。某型燃气蒸汽式发射动力系统发射筒内压力计算值与测试值存在一定的偏差,经分析内弹道模型中假设能量系数为常数是造成发射筒内压力计算偏差的主要因素。为了获得能量系数随时间的变化规律,通过使用热损失经典算法和试验研究相结合的方法,对发射动力系统工作过程中的热损失进行了计算研究,发射动力系统总的热损失为32 969.6 kJ,能量系数随发射动力系统工作逐渐增加。使用变能量系数修正内弹道计算模型对发射内弹道进行计算,计算结果表明变能量系数可有效提高导弹发射筒内压力的计算精度,同时经过分析燃气发生器和弯管仍具有降低热损失的潜力。     

同心简发射潜载导弹过程数值研究

研究了潜载导弹水下垂直发射过程中国心筒内外流场的复杂多相流动问题.采用MIXTURE多相流模型,结合考虑水汽化的气穴模型,运用有限体积法(FVM)和SIMPLE算法,求解燃气、水、蒸汽多相的N-S方程和Standard κ-ε湍流模型.运用动网格技术和滑移网格技术,实现了导弹出筒过程中弹体运动与多相流场的耦合求解.计算...     

燃气喷射角度对含硼固体火箭超燃冲压发动机补燃室燃烧效率的影响

固体火箭燃气超燃冲压发动机具有高比冲、结构简单、流量易调节等优点,然而在超音速空气流的补燃室中,如何让燃料更好地与空气掺混,增加颗粒停留时间,在较短时间内释放出更多的燃烧焓成为目前研究的重点。采用Realiazble k-ε湍流模型,单步涡团耗散模型,在King的硼颗粒点火燃烧模型的基础上考虑了硼颗粒在高速气流当中的气动剥离效应,利用龙格-库塔算法迭代计算硼颗粒点火燃烧过程,对燃气进气方向与轴向夹角从45°~180°的10种进气方式下的补燃室进行了三维两相燃烧流动计算,分析了各种进气角下的燃气燃烧效率、硼颗粒燃烧效率以及总燃烧效率。结果表明:当一次燃气喷射角度与轴向夹角逐渐增加时,燃气与颗粒燃烧效率逐渐增加,并在180°时燃烧效率和比冲为最高。     

富氢/富氧燃气温度对同轴直流气-气喷嘴性能的影响

通过求解使用k-ε湍流模型的Navier-Stokes方程组对采用同轴直流气-气单喷嘴燃烧室的燃烧流场进行数值模拟,对比分析了富氢/富氧燃气推进剂与常温氢气/氧气推进剂条件下的燃烧流场、燃烧室室壁和喷注面板处的燃气温度,研究了富氢/富氧燃气温度变化对燃烧流场和燃烧室热载的影响。数值结果表明:富氢/富氧燃气气-气喷嘴的燃烧性能较好,但热载较高;富氢/富氧燃气温度一定范围内提高对燃烧性能影响不明显,而热载增加。     

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。     

合成射流激励器增强同向燃气-氧气掺混数值模拟及机理研究

建立了将合成射流激励器腔体、出口喉道及外部受控流场作为单连域计算处理的全流场计算模型(X L模型)。基于此计算模型,对合成射流激励器增强同向燃气 氧气掺混的流场进行了数值仿真和机理研究。研究表明,应用合成射流激励器可以显著增强同向燃气/氧气的掺混,其主要控制机理是合成射流激励器对同向燃气/氧气流起到流动方向控制作用,使两侧两股氧气平行射流向内发生偏转,从而大大缩短了每股射流的核心区长度;同时,激励器工作改变和加强了射流出口附近的涡结构,通过涡结构的强对流作用极大地增强了燃气/氧气平行射流在出口附近的混合。     

二次燃烧对自力弹射内弹道影响分析

目前弹射所用低温药柱的燃烧平衡产物中含有可燃气体成分,遇初容室内氧气后发生二次燃烧,影响初容室内流场与弹射内弹道特性。为了分析二次燃烧对自力弹射方案内弹道的影响,建立了自力弹射可压缩流动仿真模型,结合有限速率化学反应模型与动网格技术,利用PISO(压力隐式算子分裂法)算法对控制方程进行数值求解。计算结果表明,二次燃烧使得初容室初始压力峰值时刻提前,并影响初始压力峰值大小。仿真分析结果为自力弹射内弹道设计提供了理论参考。     

高压低混合比氢氧预燃室出口温度均匀性分析

为了深入了解高压低混合比氢氧预燃室的出口燃气温度均匀性,设计了一个缩尺预燃室,开展了不同缩进深度比、扰流结构、工况下缩尺预燃室出口燃气温度均匀性的研究,并通过全尺寸预燃室试验验证了设计方案的合理性。试验结果表明：随着缩进深度比的增加,燃气温度均匀性逐渐提高;随着室压、混合比的升高,扰流环结构的均温效果提高;扰流环与拐弯结构的组合方式可使燃烧室内的温度均匀性提高54.8%～89%;在喷嘴设计参数下,相对于同轴离心喷嘴,采用同轴直流喷嘴的缩尺预燃室在50%～100%工况下的出口燃气温度均匀性较优;当采用扰流环及90°拐弯结构时,全尺寸预燃室的出口燃气温度均匀性在±50 K范围内,同时相对于氢涡轮侧出口,氧涡轮侧出口的燃气温度均匀性更优。     

两种不同注水方式的燃气蒸汽式发射系统内弹道性能比较

对逐渐注水冷却与集中注水冷却燃气蒸汽式发射动力系统进行了研究,着重分析不同注水方式下发射动力系统结构的差异、注水的特点及其对发射内弹道性能的影响,在此基础上开发出一套用于预估和比较不同注水方式下发射系统内弹道性能的系统化程序。计算结果显示,不同注水方式下导弹在发射筒内运动加速度、速度、位移随时间变化的规律和发射筒内工质气体状态参数随时间变化的规律,为燃气蒸汽式发射系统的设计和方案选择提供参考依据。     

涡流阀变推力发动机涡流室涡流结构分析

为了研究涡流阀变推力发动机涡流室流动,利用建立的径向压强测试实验装置和三维数值计算模型,进行了涡流室压强分布和涡流结构的研究,获得了涡流室径向压强分布及涡流室旋涡结构.研究结果表明,涡流室内压强分布呈现出中心较小区域变化剧烈,而其余大部分区域变化不明显的现象;流场中心区域存在涡核结构,减小了喷管有效喉部面积,即实现推力...     

喷水对车载垂直发射导弹燃气流降温效果研究

双面导流器将车载垂直发射导弹在发射过程中产生的燃气射流大部分排导到发射车尾部或两侧,但仍有部分高温燃气流冲击到发射车底盘处,对发射车轮胎及车底安装的线缆等设备造成严重的烧蚀。为实现热防护,本文提出对尾焰流场喷水降温措施,通过在发射车底盘安装喷水管,利用液态水的汽化吸热原理对燃气流降温,同时利用喷水射流的冲击作用使燃气流冲击距离减小,实现对发射车轮胎及发射装备的保护,计算结果表明降温效果明显。同时,为研究喷水流速与降温效果之间的关系,利用耦合Mixture多相流模型与组分输运模型建立液态水汽化模型,对不同喷水流速下降温过程进行数值计算,得出喷水流速与降温效果之间的变化规律以及最优化设计指标,为发射车降温装置设计提供参考。     

固体燃气发生器动力模拟水下发射试验研究

通过模拟水下试验,对导弹发射管充水工况下的固体燃气发生器动力发射技术进行了研究。结果表明,在发射管充水工况下燃气动力发射方式可行。与干式发射相比,该发射动力装置需要的装药量大,但发射管内的温度较低,热防护问题容易解决。在此基础上总结出发射深度、弹后空间、挡流板和装药量对发射内弹道的影响规律。试验表明,弹后空间越小,导弹出管速度越大;加装挡流板,可使导弹出管速度明显提高。通过试验对发射方案进行了优选。