计算火箭发动机尾喷管红外特性的封闭腔-净辐射法

为计算火箭发动机尾喷管的红外特性,建立了封闭腔-净辐射法,推导了光谱透射因子和光谱吸收因子,以及封闭腔表面辐射净热流-表面及气体温度的方程。作为验证,计算了一个充满均匀辐射性介质的轴对称柱形封闭腔的辐射换热,与文献的计算结果比较有很好的一致性;还计算了一火箭发动机尾喷管的辐射特性,分析了该喷管在中波红外波带2~6μm和长波红外波带8~14μm及全波长的有效辐射和净辐射热流。结果表明,在气体辐射作用下,火箭发动机喷管进出口平面的辐射有一定的光谱差异性;壁面有效辐射沿轴向的分布取决于壁温变化,平直段和收敛段有效辐射较强,扩张段有效辐射较弱;中波红外波带2~6μm喷管的辐射热流占全波长辐射能量的60%以上。     

喷管流场和羽流场的N－S数值模拟

利用时间推进的方法，通过求解可压缩的、雷诺平均的Ｎ－Ｓ方程，并利用Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ两层代数湍流模型和Ｐｒａｎｄｔｌ混合长度模型，数值模拟了飞机和火箭发动机喷管的内流和羽流，获得了喷管内流场和羽流场的参数分布，计算结果与试验结果及国外研究成果一致。网格划分采用了自适应网格技术。     

液体火箭发动机喷管壁面辐射热流的数值计算

为火箭发动机喷管设计及其冷却系统的设计提供有效参考数据作为应用背景,计算喷管壁所受的红外辐射热流。分别推导了有限体积法和反向蒙特卡罗法适用于不含粒子条件下喷管壁面所受红外辐射热流的计算公式,并针对不同的边界条件设定,重点分析了有限体积法的特性,并提出了有限体积法的局限性。最后,以某三维双圆弧喷管模型为例,用有限体积法和反向蒙特卡罗法自主编写程序计算在不同边界设定下壁面受到的红外辐射热流密度。通过计算结果对有限体积法的局限性进行了论证,同时肯定了反向蒙特卡罗法在壁面辐射热流计算上的优势。     

固体火箭发动机喷流流场数值仿真

采用The Diagonalized Upwind Navier-Stokes（DUNS）程序对两种火箭发动机的喷管-尾喷焰进行了一体化数值仿真。DUNS程序采用对角化ADI算法对雷诺平均N-S方程进行了求解，求解过程采用三阶精度TVD格式，q-ω两方程湍流模型。首先对文献中典型喷管的喷流流场进行了数值模拟，与文献结果进行了对比，然后针对某型号固体导弹的喷管一尾喷焰在不同飞行高度和不同飞行速度进行了数值模拟，为对该型号导弹的尾喷焰开展红外辐射研究打下了基础。     

导弹目标红外场景仿真技术的研究与实现

红外场景的计算机仿真是导弹预警系统研究的重要环节。首先介绍了红外场景仿真系统整体组成；然后分析了红外场景仿真系统中导弹轨迹数据处理、背景云图变化模拟、卫星姿态扰动模拟以及探测器噪声模拟等关键技术，计提出了具体仿真实现方法；最后进行了仿真实验，合成出了部分导弹／背景图像。     

火箭发动机有遮挡情况的尾焰红外辐射计算

火箭发动机工作过程中的尾焰会产生强烈的红外辐射,对其结构及载荷有加热的效果,同时一些结构成为了遮挡物体,会影响辐射的传输。为了研究复杂的有遮挡状况下的红外辐射传输,采用反向蒙特卡洛方法,编写气体红外辐射计算程序。计算并分析标准等温流场对其表面的辐射强度,与教材算例对比,验证了红外辐射算法的有效性和正确性。针对某尾焰复燃流场,分别计算并分析尾焰流场有无遮挡两种情况下的气体红外辐射强度。并比较了遮挡物在不同形状、尺寸、位置下产生的影响。研究表明:尾焰的辐射会对发动机结构产生热影响;增加遮挡后,被遮挡区域的辐射强度数值明显减小;遮挡的形状、尺寸及位置都会对其效果产生影响。     

激光推进技术中激光与工质相互作用

基于激光推进的工作特点,对激光推进中激光与工质的相互作用进行了研究.分析了激光对工质的击穿过程,得到了击穿阈值的计算方法,计算了激光对空气和氢气的击穿阈值;对工质中激光的逆韧致吸收过程进行了研究,推导了逆韧致吸收系数的计算公式.以氢气和氩气为工质进行了算例计算,计算结果可对国外文献提到的试验中出现的等离子体"漂白"和等离子体不稳定现象进行合理的解释.      

月球探测器发动机羽流辐射热流计算

火箭发动机羽流的辐射的计算需要求解气体介质的辐射传递方程(RTE).计算模型中基于单线组(SLG)模型考虑气体组分的光谱特性,并采用离散传递法(DTM)求解RTE,对波长积分得到辐射热流密度.通过对圆柱高温CO₂气团辐射热流计算来验证计算程序,然后在流场计算的基础上,计算了月球探测器主发动机和姿控发动机羽流对各部位和仪器的辐射热流密度,根据对不同工况计算结果的分析为探测器的设计提供参考.      

金属光谱发射率的仿真与分析

 在研究物体的辐射特性时,需要用到物体表面的发射率等物性参数作为输入参数。实验测量发射率数据的适用范围受到一定限制,不能满足所有情况的数值仿真需要。从电磁波传播的基础理论着手,结合金属自由电子气模型,考虑光学参数的色散关系和空气入射到金属内折射角的复数关系,并在随机模拟金属粗糙表面的基础上,模拟并讨论了不同影响因素下实际金属表面的光谱发射率变化趋势。将本文的数值仿真与其他相关的实验和仿真数据进行对比,结果表明,该方法从本质理解并计算金属实际表面光谱发射率数值,结果可信,并具有普遍适应性。     

激光推进火箭发动机吸收室的数值模拟

以轴对称非定常欧拉方程为基础，建立了激光推进火箭发动机吸收室内纯气相单组分、以激光等离子体为内热源的流场模型，用MacCormark预测－校正格式编写了模拟计算程序；并对连续波和连续脉冲两种激光输入方式的激光推进火箭发动机的内部流场分别进行了模拟计算，得出了发动机相应的内部流场的混度、压强、流线及马赫数的分布情况。对计算结果进行了分析，并讨论了单点聚焦加热方式对发动机性能的影响。为进一步的激光推进数值模拟研究奠定了基础。