ADN基推力器热回浸对毛细管微尺度流动特性影响的数值模拟研究

小推力ADN基推力器在工作中,其毛细管内的推进剂容易在壁面传热作用下发生相变,进而影响推力器的正常工作。为了深入理解推进剂在毛细管内的相变和流动特性,采用三维数值模拟方法对毛细管微尺度流动和相变特性进行计算。计算考虑了毛细管与喷注器内的流固耦合传热、推进剂相变过程。推进剂相变采用Lee模型,气液体积分数的求解和气液界面捕捉重构采用VOF-CSF方法。本文首次采用VOF模型耦合Lee相变模型计算了ADN基推进剂在毛细管内的相变过程,并结合气泡空间分布仿真结果得到了质量流量和热回浸温度对流动特性的影响规律。计算结果显示,受到ADN基推进剂的冷却作用,毛细管内壁面温度要略低于外表面。毛细管内的气泡形成于弯管处,其体积沿着毛细管轴向下游逐渐增加,采取散热措施可减少并推迟气泡的形成。随着ADN基推进剂质量流量的降低或下游热回浸温度的增加,毛细管内的气泡均显著增加,且形成区域更接近上游区域。当热回浸温度从800K增加至1100K时,毛细管内的气泡体积从25.6mm~3增加至58.7mm~3。     

GH4169孔挤压强化工艺过程数值模拟

在验证镍基高温合金GH4169中心孔挤压(CE)三维有限元模型正确性的基础上,利用单元删除法研究倒角、孔挤压-倒角顺序和铰削量3种具体工艺过程对孔边周向残余应力分布的影响。结果表明:孔边小于芯棒过盈量的初始倒角可以减小孔挤压后残余压应力;采用孔挤压-倒角的工艺顺序可以在孔边获得更小的残余压应力。铰孔可增大孔边入口处残余压应力,去除残余压应力极小值部分的材料。因此,在挤压强化后应尽量避免铰孔。     

毛细管放电型脉冲等离子体推力器输出特性分析

为了研究毛细管放电型脉冲等离子体推力器输出特性,借助电学诊断手段展开实验研究,获得了推力器典型放电波形,系统研究了不同毛细管内径和施加电压对等离子体等效阻抗、沉积能量效率的影响规律。利用微冲量测量台架,测试了不同参数下毛细管推力器输出元冲量,并通过计算获得了推力器比冲、总体效率的变化规律。实验结果表明,当毛细管内径不断增大时,能量沉积效率不断下降,元冲量下降,比冲降低。主电容电压增大时,放电能量不断增大,能量沉积效率降低,元冲量和单次等效烧蚀质量不断增大,但推力器比冲和总体效率均先增加并趋于稳定。当毛细管腔体长度为16mm,内径3mm,主电容2.5μF,充电电压为2kV时,输出元冲量350.79±7.50μN?s,比冲531s,总体效率可达18.3%。     

复合材料孔隙超声反射法和穿透法检测对比分析

采用超声反射法和超声穿透法对碳纤维增强树脂基复合材料层压板进行孔隙缺陷检测与孔隙率数值评估。通过工艺偏离的方法制备不同孔隙级差的检测试样,采用超声反射法与超声穿透法对该批试样进行检测,得到不同级差孔隙缺陷对应的超声检测波形和成像检测结果,并基于声波衰减幅度对孔隙率进行量化评估。结果表明:孔隙率在0.0%~3.0%之间时,两种超声检测方法的评估结果相吻合,超声反射法对微米级孔隙缺陷或低孔隙级差具备更高的检测灵敏度;超声穿透法对高孔隙率级差或大厚度或高衰减材料的复合材料制件提供更高的超声穿透能力。     

使用载荷下的重谱能降低寿命不能降低疲劳分散系数

本文在研究试验应力与疲劳分散系数分布规律的基础上,进一步研究给出:在使用载荷下高损伤的重谱可降低寿命,但不能降低疲劳分散系数的结论.这一研究结论与我国2010年新颁布的飞机结构强度规范规定的重谱可比平均谱取低一半的疲劳分散系数(从4降到2)相悖.为了验证这一研究结论的正确性,本文找到了在使用载荷下的重谱和平均谱的5种不同材料、不同结构模拟件的试验数据,用这些试验数据验证了本研究结论的正确性.     

TBCC用涡轮发动机技术的发展

涡轮基组合循环(TBCC)发动机,是高超声速巡航导弹、远程高速察打飞机和空天飞行器等未来航空武器系统的理想推进装置。TBCC只有匹配高速(Ma2⁴)涡轮发动机技术,才能实现远程高速航空武器系统的技战术指标。高推重比、低耗油率、高温部件的长寿命和耐久性,是高速涡轮发动机的关键技术指标。从上世纪80年代末起,美欧在提高级负荷、减重、减少泄漏、提高温度、减少冷气量和延长高温部件寿命等技术领域,开展了广泛而深入的技术开发与验证。GOTChA技术开发流程是攻克这些技术难关的有效方法。     

硅橡胶基绝热材料高温热行为研究

采用高温管式炉在惰性气氛下研究了硅橡胶基绝热材料在1 073～1 873 K的热行为,利用X射线衍射和红外光谱等手段探索了高温固相残余物的产生历程和碳化硅的生成机制,采用热重-差热联用表征了高温固相残余物的热氧化性能。研究结果表明,随着处理温度升高,硅橡胶基绝热材料的固相残余物逐渐向高温陶瓷转化,其热稳定性和耐氧化性相应提高;硅橡胶基体在1 073 K已分解完毕,其固相残余物为碳、硅氧碳化物和SiO2等;随温度上升,有机碳向更加耐氧化的无机碳转变;硅氧碳化物随温度升高向碳化硅转化;气相SiO2高温下由无定型转化为方石英晶体,并与碳发生碳热反应生成碳化硅。     

RBCC发动机亚燃模态一次火箭引导燃烧的实验

针对使用液体煤油燃料(JP-10)的火箭基组合动力循环(RBCC)发动机在亚燃模态下使用一次火箭作为引导的燃烧组织开展了实验研究.实验在低来流总温条件下,使用小流量一次火箭羽流作为引导火焰可以实现液体煤油的可靠点火和稳定燃烧,并在扩张燃烧室中实现“热力壅塞”,从而完成RBCC发动机亚燃模态的高效燃烧.在目前发动机燃烧室构型下,通过一系列的发动机壁面压力分布曲线和推力增益的比较,研究了凹腔,支板及壁面喷注位置对发动机性能的影响.实验的结果表明:在一次火箭的下游使用支板喷注器可以使得燃料较容易的分布在主流中,并且在一次火焰羽流的引导下可以实现稳定高效的燃烧.支板喷注器的位置对于发动机的性能有很大的影响,在凹腔前壁面横向喷注燃料,有利于RBCC发动机燃烧性能的提升.为了获得较优的发动机亚燃模态性能,需要进一步对燃料的喷注策略开展优化研究.