固体推进剂喷气羽烟对微波衰减的理论模拟

本文根据流体力学理论和等离子体知识,建立了推进剂喷气羽烟电磁特性的理论模型,并利用非平衡化学反应模拟了二次燃烧和电子捕获剂对喷气羽烟电磁特性的影响.计算值与实验结果的一致性较好,误差的最大值约为10%.模拟计算表明:添加少量电子捕获剂和降低铝粉含量,能有效地改善喷气羽烟的微波透射性.     

火箭发动机羽流红外特性计算方法研究

为研究火箭发动机羽流近场的红外辐射特性,建立了羽流红外辐射传输的计算模型,通过在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。计算中考虑了7种主要燃气组分,分别使用有限体积法和离散坐标法求解羽流流场和辐射传输方程,得到了羽流红外辐射强度在1～15μm范围内随波长变化的曲线及辐射强度在近场内的分布云图,均与文献的计算结果和红外试验热图符合较好。在羽流近场内能够捕捉到流场内各点辐射强度随流场物性变化的情况,表明耦合求解能提高辐射计算精度。     

复合固体推进剂喷气羽烟对微波衰减的实验研究

本文根据推进剂喷气持续时间短这一特性,选择功率比法作为测量微波衰减的方法.结果表明:推进剂的喷气羽烟对微波的衰减与配方有关;在固体含量不变的情况下,适当地降低Al粉含量或用硝胺(HR)部分替代高氯酸铵(AP)都能降低羽烟对微波的衰减,但HR/AP的比值不宜过大;在推进剂中添加少量的电子捕获剂和二次燃烧抑制剂,不仅能有效地改善喷气羽烟的电磁特性而且对推进剂的其它性能影响不大,因此是制备微波衰减小的推进剂的有效方法.     

微波在液体火箭发动机真空羽流中的衰减

为研究液体火箭发动机真空羽流对微波的衰减作用,以某双组元液体火箭发动机为对象,使用热力计算程序对燃烧室内的电子数密度进行了计算,使用冻 结假设和有限化学反应速率假设两种情况对喷管内带电粒子的电离和再结合过程进行了模拟,并对羽流中带电粒子数密度和5~30GHz微波穿过羽流的衰减量进行了估算.研究结果显示:该发动机燃烧室和喷管出口的电子数密度量级分别为 1013~1014cm-3和1010~1011cm-3,K,Na等碱金属为主要电子释放剂,Cl-,OH-等基团为主要电子吸收剂;低频微波在羽流中衰减更严重,5GHz微波的衰减可达4.5dB;微波斜穿羽流的衰减通常大于横穿情况.      

高空火箭发动机羽流特性的计算机预估

根据真空膨胀模型，均匀激波层理论以及牛顿薄激波层理论建立了一种气体向真空膨胀的简单分析模型。给出了近似解，并编制了计算机程序。该程序可用于预估高度在１００ｋｍ到２０００ｋｍ范围内的火箭羽流的边界，羽流核心区的速度以及密度分布和羽流的特征参数。计算结果与同类文献的可比结果比较基本一致。     

固体火箭发动机结构可靠性计算方法分析

依据结构强度-工作应力理论模型，应用数理统计方法和对某固体发动机大量试验数据的实例计算，证明了总体变异系数法和样本变异系数法在结构可靠性计算中的一致性。在置信度为0.90时，其结构可靠度大于0.9954。同时表明总体变异系数法是较佳方法，影响结构可靠在的主要因素是样本标准差。     

三组元双工况火箭发动机羽流发射光谱实验研究

为研究火箭发动机故障的羽流光谱诊断技术，对三级元双工况火箭发动机羽流发射光谱进行了实验测量。结果表明娄发动机有异常杂质进入羽流时，羽流光谱中有该物质的显著特征光谱；同时，正常情况下羽流辐射光谱随发动机不同结构、不同工况及不同工作参数而表现出不同的特征光谱。     

旋转固体火箭发动机一维内弹道计算

给出了带“锥－柱形”装药的旋转固体火箭发动机的一维内弹道计算方法，其燃速计算采用分析方法，喷管流量采用等熵旋转喷管流的简化方法。所得结果和旋转试车台上实测的实验结果吻合较好，计算和实验表明，“锥－柱形“装药呈现较大速度效应。文中提供了计算方法具有较高预示精度，可推广到其它药型旋转发动机的内弹道计算，对旋转发动机设计具有指导作用。     

真空羽流逆流污染的理论计算

针对普遍关注的羽流逆流污染问题,讨论了喷管出口背部位置受到的回流分子撞击热污染和分子沉积问题,从分子运动论和统计力学出发编制了计算程序,对不同的算例进行了计算,得到符合规律的结果,为火箭发动机设计和科学试验提供了理论依据。     

未来固体火箭发动机对结构材料的要求

固体火箭发动机结构材料是指燃烧室和喷管的材料。本文根据未来固体火箭技术的发展,对其结构材料的发展方向提出要求。     

固液混合火箭发动机喷焰红外辐射特性分析

为了研究固液混合火箭发动机喷焰在不同飞行状态的红外辐射特性,建立了固液两相状态下喷焰的红外辐射计算模型,获得了喷焰在2~12μm波段的红外辐射.将喷焰的温度、压力、摩尔组分等作为输入条件,米氏散射(Mie)模型计算颗粒相的散射,采用有限体积法(FVM)离散辐射传递方程,利用中分辨率大气辐射传输(MODTRAN)模型计算不同观测距离的大气透过率,编程计算得到不同飞行高度,不同观测方向下喷焰的红外辐射.结果表明喷焰红外辐射亮度与温度分布类似,在2.7~3.0μm和4.2~4.5μm波段范围内的辐射较强,高温粒子在近红外比远红外对总辐射的贡献大,太空与地面观测不同飞行高度的发动机喷焰辐射率因大气衰减的不同而有所差异,可为目标跟踪与发动机设计提供参考.      

液体火箭发动机尾焰对发射平台冲击效应

为研究液体火箭发动机尾焰对发射平台的冲击效应特性,建立液体火箭发动机尾焰对发射平台冲击数值计算模型.针对液氧/煤油发动机尾焰对发射平台冲击特性,基于建立模型研究了喷管出口距离平台3,5m工况下推进剂流量和复燃对冲击特性的影响,并分析了影响差异及其产生差异的原因.结果表明:尾焰自由射流区的激波膨胀、压缩距离和壁射流区面积随推进剂流量的增大而增大;考虑复燃化学反应不仅改变了自由射流区和滞止区的形状结构,而且增大了壁射流区的面积和温度;复燃和推进剂流量均是通过影响尾焰结构对冲击特性产生影响,具体影响效果与喷管出口和发射平台间距离有关.      

Numerical study on similarity of plume infrared radiation between reduced-scale solid rocket motors

This study seeks to determine the similarities in plume radiation between reduced and full-scale solid rocket models in ground test conditions through investigation of flow and radiation for a series of scale ratios ranging from 0.1 to 1. The radiative transfer equation(RTE) considering gas and particle radiation in a non-uniform plume has been adopted and solved by the finite volume method(FVM) to compute the three dimensional, spectral and directional radiation of a plume in the infrared waveband 2–6 μm. Conditions at wavelengths 2.7 μm and 4.3 μm are discussed in detail, and ratios of plume radiation for reduced-scale through full-scale models are examined. This work shows that, with increasing scale ratio of a computed rocket motor, area of the hightemperature core increases as a 2 power function of the scale ratio, and the radiation intensity of the plume increases with 2–2.5 power of the scale ratio. The infrared radiation of plume gases shows a strong spectral dependency, while that of Al_2O_3 particles shows spectral continuity of gray media.Spectral radiation intensity of a computed solid rocket plume's high temperature core increases significantly in peak radiation spectra of plume gases CO and CO_2. Al_2O_3 particles are the major radiation component in a rocket plume. There is good similarity between contours of plume spectral radiance from different scale models of computed rockets, and there are two peak spectra of radiation intensity at wavebands 2.7–3.0 μm and 4.2–4.6 μm. Directed radiation intensity of the entire plume volume will rise with increasing elevation angle.     

火箭发动机出口参数对喷焰流动及辐射的影响

基于详细化学反应机理+逐线积分法+视在光线法开展了火箭发动机喷焰流动与辐射特性研究,分析了不同化学反应机理对流动与辐射的影响,利用地面试验数据校验了模型的正确性,并详细分析了火箭发动机出口参数变化对喷焰流动及辐射的影响规律。研究结果表明:喷管出口温度增加,对流场结构影响较小,但会显著提升喷焰的复燃效应;喷管出口压强增加,会对流场马赫波系结构产生影响,但对喷焰二次燃烧影响较小;喷焰红外辐射强度会随着出口温度或出口压强的升高而增加,且红外辐射强度与出口推力正相关。      

固体火箭发动机不稳定燃烧研究进展

对固体火箭发动机不稳定燃烧的国内外研究现状和进展进行了详细综述.分别从物理概念、理论预估模型、实验研究、数值模拟等方面出发,论述了不稳定燃烧研究过程中的难点和一些经验教训.提出了应加强流场与声场能量交换、铝粉综合作用等机理的理论研究;开展分布燃烧、脉冲触发不稳定燃烧的实验研究;进一步开发稳定性预估软件等观点,为国内固体火箭发动机在该领域的研究提供参考.      

双脉冲固体发动机喷管传热烧蚀特性

为了研究双脉冲固体发动机喷管的传热烧蚀特性,由燃烧室压强及发动机推力试验曲线得到了喷管喉径的瞬变值,由FLUENT流体计算软件进行流固耦合传热烧蚀计算,得到了喷管瞬态温度分布、绝热材料热解炭化情况及碳/碳(C/C)喉衬瞬态烧蚀率,分析了脉冲工作过程及脉冲间隔时间对喷管传热烧蚀的影响.计算结果表明,脉冲工作过程中,绝热材料热解线、炭化线向材料内部扩展,喉衬烧蚀率不断增大;脉冲间隔时间内,喷管材料内部的导热使各处温差减小,温度趋于一致;第一脉冲的传热烧蚀与脉冲间隔的材料导热使第二脉冲工作时喉衬整体热沉小、内壁初始温度高、表面粗糙度大,从而导致较高烧蚀率.      

IR radiation characteristics of rocket exhaust plumes under varying motor operating conditions

The infrared(IR) irradiance signature from rocket motor exhaust plumes is closely related to motor type,propellant composition,burn time,rocket geometry,chamber parameters and flight conditions.In this paper,an infrared signature analysis tool(IRSAT) was developed to understand the spectral characteristics of exhaust plumes in detail.Through a finite volume technique,flow field properties were obtained through the solution of axisymmetric Navier-Stokes equations with the Reynolds-averaged approach.A refined 13-species,30-reaction chemistry scheme was used for combustion effects and a k-e-Rtturbulence model for entrainment effects.Using flowfield properties as input data,the spectrum was integrated with a line of sight(LOS) method based on a single line group(SLG) model with Curtis-Godson approximation.The model correctly predicted spectral distribution in the wavelengths of 1.50–5.50 lm and had good agreement for its location with imaging spectrometer data.The IRSAT was then applied to discuss the effects of three operating conditions on IR signatures:(a) afterburning;(b) chamber pressure from ignition to cutoff;and(c) minor changes in the ratio of hydroxyl-terminated polybutadiene(HTPB) binder to ammonium perchlorate(AP) oxidizer in propellant.Results show that afterburning effects can increase the size and shape of radiance images with enhancement of radiation intensity up to 40%.Also,the total IR irradiance in different bands can be characterized by a non-dimensional chamber pressure trace in which the maximum discrepancy is less than 13% during ignition and engine cutoff.An increase of chamber pressure can lead to more distinct diamonds,whose distance intervals are extended,and the position of the first diamond moving backwards.In addition,an increase in HTPB/AP causes a significant jump in spectral intensity.The incremental rates of radiance intensity integrated in each band are linear with the increase of HTPB,and the growth rates of radiance intensities in some bands reach up to 50% as HTPB weight increases by 3%.     

固体火箭发动机绝热层温度场的有限元计算方法

利用有限元法计算了固体火箭发动机绝热层在移动边界条件下的二维温度场.采用碳化层-热解面-原始材料的二维碳化烧蚀模型;推导了将热解气体对流项作为源项的有限元计算方法;采用当量对流换热系数和当量热流的方法处理复杂边界条件.采用无限插值法获得移动边界条件下的三角形网格,提高了网格生成速度和网格质量.计算结果表明,利用有限元法计算固体火箭发动机绝热层的温度场收敛性和稳定性都较好.