复合材料主动冷却薄壁燃烧室设计分析

通过建立流固耦合传热模型,对不同尺寸冷却通道的主动冷却薄壁燃烧室结构瞬态传热特性进行数值模拟,给出了主动冷却燃烧室的瞬态温度场分布及其演化.再采用有限元法计算燃烧室的热应力和应变,从而揭示了冷却通道几何参数及内部煤油体积流量对燃烧室薄壁结构最高温度和热应力的影响规律.计算结果表明:在充分发挥煤油冷却效果前提下,冷却通道距离燃烧室内壁距离越近,所需煤油体积流量越大,而燃烧室结构热应力在10s左右达到最大值,设计时应着重考虑这段时间内的材料性能.      

内并联式TBCC进气道分流板流固耦合分析

TBCC内并联式进气道有共用的气流捕获进口和内压缩段,气流经过内压缩段后,再分为2路,分别流向涡轮发动机压气机和冲压发动机燃烧室,本文以内并联式TBCC进气道分流板为研究对象,研究在进口马赫数为2.5,分流板分别在0°和-3°位置时的流固耦合动态特性。为了简化计算模型,本文分流板的模型为实体模型,材料选定为45钢,不考虑重力和壁面传热的影响。仿真结果表明:(1)分流板呈现超声速颤振现象;(2)分流板位置为-3°的最大应力值较0°位置时增加了18.6倍,参考点Tip-Point y方向的最大位移增加了18.94倍。流固耦合分析可以更加真实的研究TBCC进气道分流板实际工作中的动态响应现象,为工程设计提供一定的技术参考。     

小型化平台温度场研究

在惯性平台系统中,仪表对温度的敏感使得系统热设计及热分析技术越来越重要。本文以小型化平台系统为研究对象,基于FLUENT软件建立了系统的温度场分析模型,采用流固耦合传热的方法,得到了台体温度平衡点及系统的温度场分布规律,为后续的温度场摸底实验及平台系统温控设计提供参考。     

基于流固耦合理论的关机水击特性

为了考虑结构变形对关机水击特性的影响,应用Workbench15.0构建双向流固耦合分析系统,模拟关机水击过程,通过压力和流线的分布图分析压力波传播和能量耗散。根据轨控发动机大流量、高室压、快响应的发展趋势,设计了8个工况来分析流量、压力、阀门关闭时间对水击特性的影响。仿真结果表明:在水击发生后,水击的能量只有小部分通过从入口流出和结构变形而耗散,大部分水击能量的耗散是由于流体的粘性损失。流量只对水击峰值压力有影响,且流量越大,水击峰值压力越大。阀门关闭时间的缩短增加了峰值压力和水击频率,减缓了衰减速率。管路背压对水击特性几乎没有影响。因此,在进行轨控发动机高室压水击试验时,在保证流量和关阀时间相同的情况下,减小出口背压,可以得出与高背压一致的水击压力变化曲线。     

点火冲击波与药柱裂纹流固耦合作用机理数值模拟研究

流体计算采用基于非结构动网格的有限体积方法,结构计算采用分段精细时程积分方法,求解结构动力学有限元方程,流体计算和固体计算之间采用松耦合在不断运动的交界面上进行作用力和运动特性的传递,对固体火箭发动机点火形成的冲击波与药柱缺陷形成的弹性裂纹之间相互耦合作用过程进行了模拟。研究表明,作用在弹性裂纹上的冲击波载荷引起的壁面变形随时间变化明显,开始表现为撑开裂纹出口,随后出现了收缩出口撑开底部的瓶状;固体变形对冲击波在弹性狭缝内的压力波振荡影响较小,以前采用刚体模型得到的研究结论仍有指导意义。     

减压器开启过程内部流场的动态仿真和特性研究

针对自主研制的大流量气体减压器,以研究其开启过程内部流场的变化和动态特性为目的,建立了减压器工作过程的二维数学模型,采用动网格技术和流固耦合仿真技术,将气体的流动和活动组件的运动耦合起来,实现了减压器开启过程中内部流场的动态仿真。同时,通过对流场中不同位置参数的监测,进行了基于动态流场的开启过程动态特性研究。     

基于流固热耦合低温风洞扩散段热力学特性分析

低温风洞降温过程中,温度变化范围大,容易在结构内部引发较大热应力,影响设备运行安全。以中国空气动力研究与发展中心0.3m跨声速低温风洞扩散段为研究对象,基于流固热耦合方法,采用多物理场数据交换接口MpCCI,联合结构有限元软件Abaqus和计算流体动力学软件Fluent,建立扩散段的流固热耦合仿真模型,分析低温内流场的换热特性,计算低温风洞结构的温度及应力分布。通过低温风洞试验发现,流固热耦合仿真结果接近于实际的测量结果,能够准确反映低温风洞结构的热力学特性,可为低温风洞的结构安全性能优化提供可靠的仿真分析方法。     

基于多物理场耦合的双脉冲发动机点火过程数值模拟

为研究双脉冲固体火箭发动机Ⅱ脉冲点火瞬态过程,发展一套多物理场耦合求解器。流体控制方程基于有限体积法求解,时间推进采用双时间步LU-SGS(Lower Upper Symmetric Guass Seidel)方法;固体推进剂表面温度基于耦合传热方法计算;结构动力学运动方程基于有限元方法离散,采用经典的Newmark格式进行时间推进,流固耦合采用松耦合算法,并通过算例验证求解器的可靠性。计算结果表明:该求解器能够数值模拟Ⅱ脉冲启动过程中的点火药气体冲击、燃气非定常流动及金属膜片机械响应过程,获得金属膜片的破裂时间和压强;且随着点火质量流率增加,推进剂装药首次点燃时间和金属膜片破裂时间变短,膜片破裂压强降低;金属膜片破裂时间和压强不仅与作用在其表面的压强载荷大小相关,而且与压强载荷加载的过程相关;金属膜片厚度越薄,膜片破裂时间越短,膜片轴向位移越大,膜片破裂压强越低。     

基于流固耦合的固体推进剂药柱裂纹稳定性分析

含有裂纹缺陷的固体推进剂药柱会严重影响固体火箭发动机的工作性能,甚至带来严重的后果。采用流固耦合计算方法将流场压强信息传递至固体域,为固体域的受力计算提供边界条件。通过对裂纹类型缺陷进行J积分计算,分析J积分值的变化情况,得出影响缺陷发生扩展的因素。以往的研究表明,裂纹区域J积分值越大,裂纹的稳定性也越差。基于此,分析结果表明：裂纹的尺寸对腔内的燃气分布规律有显著的影响,裂纹深度的增加及宽度的减小均会引起裂纹内部燃气压强的升高,裂纹腔内压强越高,越容易导致裂纹发生扩展;裂纹深度的增大以及发动机点火升压速率提高,均会造成裂纹区域J积分值的增加,从而易使裂纹发生扩展;横向裂纹较纵向裂纹J积分值较大,在同等情况下更容易发生拓展;同时,裂纹越靠近药柱后部,受到壳体的约束越弱,导致裂纹尖端J积分值的增大,越容易发生拓展。     

固体火箭发动机点火瞬间火焰传播模型比较研究

以N-S方程、k-ε湍流模型、P1辐射模型为基础,采用流固耦合传热的火焰传播边界条件,分别对固体火箭发动机点火瞬间的层流粘性模型、湍流粘性模型、层流粘性辐射模型、湍流粘性辐射模型进行了比较分析研究。以PS-1发动机点火过程为算例的分析表明,燃气和推进剂热力参数相同时,层流粘性模型不能形成火焰;湍流粘性模型虽然形成了燃面,但不可自持燃烧;层流粘性辐射模型的点火诱导期长;湍流粘性辐射模型可正确预示初始发火点和火焰传播过程。