脉冲爆震火箭发动机应用基础问题研究进展

脉冲爆震火箭发动机是一种通过产生周期性爆震波获得推力的动力装置,具有热效率高、结构简单、适用范围广等潜在优点。在面向应用时,为了充分发挥脉冲爆震火箭发动机的优势,需要解决诸多理论及工程性问题。目前已有大量的研究正在建立统一的爆震推进理论体系,以期为基于爆震推进方式的问世奠定理论和技术基础。针对应用可能遇到的问题,介绍了国内外相关研究进展。主要内容包括:两相爆震发动机技术,短距低阻起爆技术,发动机性能优化以及PDRE样机实验。关于两相爆震发动机技术,主要介绍了液态燃料爆震燃烧时的速度损失,液态燃料的雾化以及与气态氧化剂的掺混,最新进展包括通过加热燃油提高其雾化性能,从而提高推进性能;关于短距低阻起爆技术,主要介绍了固体障碍物起爆、流体障碍物起爆、热射流起爆以及激波聚焦起爆这4种方式的最新进展,其中固体障碍物起爆技术最为常见,而采用流体障碍物起爆技术可以更多地降低起爆过程中的性能损失;关于发动机性能优化,主要介绍了部分填充效应、尾喷管技术以及高频控制技术,部分填充以及尾喷管的使用有利于推进性能的提升,但在设计理论上仍需要更深入的研究,目前采用无阀工作方式可以有效提高发动机的工作频率;关于样机集成,主要介绍了目前出现的脉冲爆震发动机样机以及相关实验研究。     

一种可抑制三次谐波的五相混合式步进电机空间矢量脉宽调制优化控制策略

五相混合式步进电机因其定位精度高、转矩脉动小以及转矩密度高等优点而应用愈加广泛。为进一步减小其运行噪声、提高系统整体效率,本文提出一种可抑制三次谐波的五相混合式步进电机空间矢量脉宽调制(Space vector pulse width modulation,SVPWM)优化控制策略。首先搭建了考虑互感条件下的五相混合式步进电机解耦控制数学模型。在此基础上,采用相邻两大矢量和两中矢量合成混合电压矢量的SVPWM控制策略,并给出了相应的五相混合式步进电机双闭环控制系统。本文所提的混合SVPWM算法通过利用大、中矢量在基波、三次谐波双坐标系对应关系以达到抑制三次谐波的效果,能够有效降低相电流纹波和谐波含量。最后,研制了一套基于FPGA的实验平台,对所提策略与传统滞环算法、大矢量SVPWM算法进行对比研究,重点分析了3种算法对相电流纹波和谐波含量的影响,从而验证了所提算法的正确性和优越性。     

双锥流量计气液两相流流量测量模型研究

气液两相流广泛存在于化工、动力、炼油、油气开采与输送等领域,其参数的传感与测量是工业系统中难以回避的一个难题。提出一种双锥结构的新型差压式流量测量方法,设计并加工了直径比分别为0.5、0.6、0.7、0.8和0.9的双锥流量计,分析了不同直径比双锥流量计对单相介质的测量特性。以空气和水为介质,开展了水平管气液两相流流量测量实验研究。通过分析准气相流量比与 Lockhart-Martinelli 常数的关系,基于分相流理论建立了适合双锥流量计的两相流流量测量模型。实验结果表明,在不同直径比下准气相流量比与 Lockhart-Martinelli常数均具有优良的线性关系,流量测量模型对气液两相流总流量测量的误差可在6%以内。     

铝粉粒径对高铝含量富燃料推进剂一次燃烧性能的影响

通过改变铝粉粒径大小制作高铝含量推进剂,在此基础上进行热分析试验、爆热测试以及燃速测试,分析总结了铝粉粒径大小对推进剂一次燃烧性能的影响。推进剂各组分相同时,热分析结果表明,推进剂凝相反应程度相近,铝粉粒径大小对推进剂凝相反应没有明显影响;爆热测试和燃速测试表明,超细铝粉可显著改善推进剂燃烧性能,提高燃速和爆热、降低压强指数,减少燃烧产物结块、改善产物分散性;同时,超细铝粉由于自身小尺寸优势在推进剂的燃烧过程中更多地参与了气相反应,提高了推进剂气相放热量。通过以上实验分析得出,铝粉主要参与推进剂气相反应,铝粉粒径大小对推进剂气相反应影响较大。     

被动式引射器内两相流数值模拟

把气相二维欧拉方程的隐式矢通量分裂近似因子分解法与固相粒子的特征线解法进行耦合,对被动式引射器内两相流场进行数值模拟,确定产生激波的喷管出口压强,分析不同引射器结构对引射效果的影响,并获得了一种最佳结构。研究结果可以为被动式引射器的设计与使用提供依据。     

高温富油燃气作引导火焰的煤油超燃研究

对采用高温富油燃气作引导火焰的煤油超声速燃烧进行了研究。根据试验测得的壁面静压分布，采用一维简化模型处理与分析数据，得出了不同试验条件下的燃烧效率与总压恢复系数；对超声速燃烧室内的静压分布特点作出了分析；对超声速燃烧室人口处的气流总温，燃料喷射位置，以及燃烧总体当时比对燃烧室内静压分布、燃烧效率与总压恢复系数的影响进行了讨论。     

富碳的含钛碳化硅纤维先驱体的合成

以聚硅烷（PS）、聚氯乙烯（PVC）和钛酸四丁酯[Ti(OBu)4]合成含碳量不同的聚钛碳硅烷（PIC）先驱体，运用IR、GPS、VPO、TG等分析手段系统地研究了富碳PTC先驱体的合成及其组成结构，讨论了加入PCV含量不同对PTC合成及其结构、性能的影响。经熔融纺丝、不熔化处理、高温烧成制备出具有较好工艺性能和电阻率为10^0Ω.cm－10^3Ω.cm的富碳含钛碳化硅纤维（Si－Ti－C－O纤维）。     

两相湍流的非线性k-ε-kp模型

由两相湍流的代数应力模型，提出一种两相湍流的非线性k-ε-kp模型，可以合理地模拟各向异性较强的旋流，浮力流等两相流动，具备二阶矩模型的优点，又比二阶矩模型简单。文中推导出气相、颗粒相的雷诺应力和两相脉动速度关联的非线性应力应变关系式。这些代数式和两相各自的湍动能k，kp以及两相脉动关联湍动能kpg的方程联立，就构成非线性k-ε-kp模型。本文将该模型用于模拟突扩湍流两相流动，给出两相时均速度场及雷诺应力各分量，并且将模拟结果和PDPA实验数据以及二阶矩模型的模拟结果对照。结果表明，该模型预报各向异性两相湍流的能力和二阶矩模型的能力接近，但是计算量比二阶矩模型的小得多。     

用于冲压发动机的富燃料固体推进剂的选择和评价

本文着重从能量特性和燃烧特性对富燃料推进剂进行了讨论,以便得出选择和评价富燃料推进剂的基本原则。对硼在冲压发动机中的使用和存在的主要问题作了简要讨论。     

影响Al2O3凝相尺寸分布的因素

用激光全息装置测量含铝复合推进剂燃烧场凝聚相的分布，分辨率为5μm。分析了滞留时间、铝粉含量（2％－16％）和燃烧室压强（0.1MPa-4MPa）对凝相粒子尺寸分布的影响，实验表明，粒子总数随滞留时间减少，粒子越大，减少的相对比例越大；粒子尺寸分布不随燃烧室压强和推进剂铝粉含量变化。