自动测试技术在航天中的应用现状及发展趋势

自动测试技术在航天中具有广泛的应用需求。针对目前航天自动测试系统存在的通用性不强和设备检测维护不便等问题,本文回顾了自动测试技术在航天关键部件性能试验和健康监测、航天产品综合测试以及航天测控系统中的应用现状,对未来的发展趋势和需要重点突破的关键技术进行了探讨。     

包覆铝粉破裂燃烧的实验观测

为强化燃烧，让复合推进剂中的铝粉表面覆一种高分子表面活性剂。燃烧过程中这种活性剂形成不可参透的壳层，可通过破裂燃烧的方式铝粉快速完全的燃烧。     

高加速度冲击下固体推进剂药柱轴向形变的数值模拟

研究了截面形状、长径比及模量对固体推进剂药柱受到高加速度冲击时发生形变的影响。数值模拟表明，当药柱为厚壁柱壳、星形及圆柱形时，药柱截面形状对发生小变形药柱的应变影响不显著，三种形状药柱的轴向形变、应力、应变值差别不大。而轴向形变与长径比成正比关系，并与模量成反比关系。     

固体火箭发动机羽流特征信号检测技术研究

介绍了固体火箭发动机装药的行征信号需要检测的内容，诸如一二次烟雾、辐射、羽流温度和包覆层烟雾。通过实验的方法，研究了发动机一二次烟雾衰减测量技术和包覆层烟雾测量技术，并介绍了国内外该领域的前沿测试技术。     

某固体火箭发动机工作末期不稳定燃烧

针对某固体火箭发动机工作末期出现的压力振荡现象开展了数值研究与线性预估.通过有限元方法得到了燃烧室空腔的声模态及固有声振频率,轴向1阶与2阶声振频率随燃面退移先减小后增大;利用大涡模拟方法分析了燃烧室内的流场特性及压力振荡特性,振荡频率与试验结果一致,判定该发动机出现了以轴向1阶声振频率为主导的不稳定燃烧;其次分析了发动机内阻尼特性,其阻尼随燃面退移不断减小;最后通过不稳定燃烧线性理论解释了该发动机工作末期出现压力振荡的机理,表明燃面退移过程中喉通比下降是导致发动机由线性稳定转向线性不稳定状态的关键因素.      

等直段直径对固体燃料超燃冲压发动机燃烧室性能的影响

为了研究燃烧室内等直段直径的尺寸对固体燃料超燃冲压发动机燃烧室性能及流场特性的影响,基于国外研究者完成的固体燃料超燃冲压发动机的实验数据,对不同等直段直径燃烧室工作过程进行数值模拟。采用基于压力的二阶迎风差分数值方法,物理模型为轴对称结构,燃烧模型采用有限速率/涡耗散模型(Finite-Rate/Eddy-Dissipation),湍流模型采用SST k-ω模型。PMMA燃料进口边界由用户自定义函数的方式给定,分析不同等直段直径下超燃冲压发动机燃烧室内流场特性及其性能变化。数值模拟结果显示:随着等直段直径的增大,燃烧室可由壅塞状态转变为超声速流动状态,增大至某一数值(约为16.5mm)附近时,燃烧室出口可以达到完全膨胀状态。同时,燃烧室的燃烧效率逐渐增大,出口处燃烧效率由62.45%增大至72.74%。总压损失也逐渐增大,出口处最大值可达52%,而燃烧室推力逐渐减小。     

流体喉部横流喷嘴的雾化特性

为了研究横流喷嘴的雾化效果以及对发动机推力的影响,采用互击式直流喷嘴、逆向式直流喷嘴和水平式直流喷嘴进行了冷流试验.研究了不同试验工况下喷管出口喷雾场雾滴的索太尔平均直径与发动机的推力特性.研究结果表明:随着压比的增加,雾滴直径减小;相同的压比下,雾滴直径最小的喷射方案为喉扩喷射,雾化质量最好的喷嘴为互击式直流喷嘴;同时在喉扩喷射方案下,3种喷嘴的扼喉能力与推力比随着流量比的增加而提高.      

固体火箭发动机涡声耦合特性数值研究

为了揭示固体火箭发动机内涡/声耦合机理,以VKI实验发动机为基础,使用大涡模拟方法,对不同温度下障碍物旋涡脱落诱发的振荡流场开展数值研究,获得了燃烧室内速度分布以及压力振荡的频率和幅值,并和实验数据进行了对比。结果表明,旋涡脱落频率与某阶声振频率相等不是涡/声耦合的必要条件;速度幅值对旋涡脱落频率的影响是主要的;平均马赫数对旋涡脱落频率的影响不大,对压力振幅的影响显著。     

磁控进气道的临界焓提取率研究与数值验证

为保证磁控进气道工作于起动状态,提出了临界焓提取率的概念,采用涡轮喷气发动机的模型对磁控进气道进行类比分析,推导得到了磁控进气道在临界起动状态下的模型.最后通过数值验算,磁控进气道的临界状态模型与数值结果符合较好,误差小于5.7%,可为磁控进气道的设计提供参考.      

旋转对固体火箭发动机两相流点火过程影响仿真研究

为研究高速旋转对内外燃管型装药固体火箭发动机凝聚相点火瞬态过程的影响规律,应用计算流体动力学（CFD）流体计算软件,使用用户定义函数（UDF）编程接口建立固体火箭发动机点火模型,对旋转条件下发动机凝聚相点火过程进行模拟。将数值计算结果与地面旋转实验内弹道进行对比分析,验证数值模型的正确性。计算结果表明：①点火药燃气颗粒因旋转做离心运动,大量粒子聚集在燃烧室头部上端,部分粒子附着在发动机壁面,且停留时间较长。②点火药燃气颗粒占比从20%增加到40%,点火压力峰值降低3.93%,发动机转速的升高会造成内弹道平衡压力升高,但点火压力峰会逐渐降低,且峰值出现时间发生延迟,转速达到15 000 r/min时点火压力峰消失。③转速增大,点火颗粒与推进剂传热增大,火焰传播期减小,但燃气填充期和点火延迟增大,点火药燃气颗粒占比为20%时,转速为15 000 r/min较静止条件下点火延迟增加了23.76%。