聚乙烯在固体燃料冲压发动机中燃烧特性的数值研究

为准确模拟聚乙烯在固体燃料冲压发动机中的燃烧状态,估算了乙烯-空气两步反应中,相关组分的粘性、导热系数随温度的变化,并进行多项式拟合;同时使用UDF进行质量、动量、能量添加.数值计算的结果表明:燃面退移速率的计算误差不超过11.3％,其变化规律与已有实验相同;补燃室温度的误差不大于5.2％;补燃室温度随来流空气质量流率的增大而减小;高来流空气总温或低来流空气质量流率的工况下,燃料充分燃烧所需的补燃室更长;几何相似,其它条件相同时,小尺寸发动机内流场传向燃料表面的热流密度更大,燃面退移速率更高.     

IR radiation characteristics of rocket exhaust plumes under varying motor operating conditions

The infrared(IR) irradiance signature from rocket motor exhaust plumes is closely related to motor type,propellant composition,burn time,rocket geometry,chamber parameters and flight conditions.In this paper,an infrared signature analysis tool(IRSAT) was developed to understand the spectral characteristics of exhaust plumes in detail.Through a finite volume technique,flow field properties were obtained through the solution of axisymmetric Navier-Stokes equations with the Reynolds-averaged approach.A refined 13-species,30-reaction chemistry scheme was used for combustion effects and a k-e-Rtturbulence model for entrainment effects.Using flowfield properties as input data,the spectrum was integrated with a line of sight(LOS) method based on a single line group(SLG) model with Curtis-Godson approximation.The model correctly predicted spectral distribution in the wavelengths of 1.50–5.50 lm and had good agreement for its location with imaging spectrometer data.The IRSAT was then applied to discuss the effects of three operating conditions on IR signatures:(a) afterburning;(b) chamber pressure from ignition to cutoff;and(c) minor changes in the ratio of hydroxyl-terminated polybutadiene(HTPB) binder to ammonium perchlorate(AP) oxidizer in propellant.Results show that afterburning effects can increase the size and shape of radiance images with enhancement of radiation intensity up to 40%.Also,the total IR irradiance in different bands can be characterized by a non-dimensional chamber pressure trace in which the maximum discrepancy is less than 13% during ignition and engine cutoff.An increase of chamber pressure can lead to more distinct diamonds,whose distance intervals are extended,and the position of the first diamond moving backwards.In addition,an increase in HTPB/AP causes a significant jump in spectral intensity.The incremental rates of radiance intensity integrated in each band are linear with the increase of HTPB,and the growth rates of radiance intensities in some bands reach up to 50% as HTPB weight increases by 3%.     

带圆筒头部火焰筒两相燃烧流场及性能计算

在三维任意曲线坐标系下采用代数雷诺应力紊流模型模拟紊流粘性,Arrhen inus-EBU紊流模型模拟燃烧室内化学反应速率,采用随机轨道模型模拟气液两相之间的相互作用,数值分析不同进口气流参数对带双圆筒头部环形燃烧室两相紊流燃烧流场的影响,同时采用多维经验分析法预估燃烧室性能。通过两种工况计算表明:在最大工况下所得的燃烧流场和燃烧室性能均优于慢车工况。计算结果与试验数据符合较好,表明燃烧过程的数值模拟以及多维经验分析法可为燃烧室优化设计提供有用的设计依据,适合于工程应用。     

固体火箭冲压发动机补燃室燃烧过程显示

采用二维开窗式固体火箭冲压发动机试验系统,对补燃室内的燃烧现象进行观察,以火焰图像的形式直观形象地描述了进气道位置对补燃室内燃烧过程的影响,试验所采用的装药为含硼贫氧推进剂。并通过高速数字摄影仪摄取补燃室内部某个时刻瞬时火焰图像,借助于光学理论和计算机图像处理技术计算出整个补燃室内部的温度分布。     

液体火箭爆炸后有毒气体扩散研究

提出了液体推进剂火箭爆炸后残余推进剂蒸发形成的有毒气体在大气中扩散的解析模型,并数值模拟了地面有毒气体浓度场在不同的环境,天气情况下的分布情况及环境参数对毒气扩散过程影响的分析,能为工程应用提供实用的数据。     

推进剂中新型聚醚聚氨酯粘合剂的热分解行为

采用ＳＤＣ和ＴＧ两种热分析方法研究了推进剂中两种新型聚醚粘合剂及经不同增塑剂增塑后的聚氨酯弹性的热分解行为。研究表明环氧乙烷／四氢呋喃共聚醚具有较好的热稳定性, 热分解大约从２２０°Ｃ开始; 用Ｎ－１００ 固化和加入抗氧剂均能显著提高其稳定性。聚氨酯弹性体的热失重分阶段进行, 首先是增塑剂的挥发和分解, 然后是聚氨酯网络的裂解。以聚乙二醇（ＰＥＧ）为聚醚二元醇的聚氨酯比共聚醚聚氨酯具有较低的热稳定性, 但经硝酸酯增塑后,ＰＥＧ体系比共聚醚体系表现出较高的稳定性。     

多斜孔壁冷却方式不同进气角度小孔内对流换热研究

研究了多斜孔壁冷却方式中三种不同进气角度小孔内部对流的局部和平均换热情况。方法是相似理论指导下的实验研究。结果表明：三种进气角度的小孔在孔进口区的换热增强幅度都较大,并且在进口区不同位置增幅差别都很大;三种小孔在相对应的孔内位置上,换热增强差别亦很大。孔内雷诺数对换热增强幅度影响很大,孔内雷诺数越高,换热增强越大。     

燃烧条件下影响推进剂脱粘面扩展的因素

研究了固体火箭发动机推进剂与包覆层界面脱粘在燃烧条件下扩展的影响因素。对含有预制脱粘面的试件进行了大量的燃烧试验，用X射线实时成像系统记录了燃烧过程；根据组成试件的不同材料特性，分别用粘弹性和线弹性有限元方法计算了试件在燃烧过程中的应力应变状态，并利用修正后J积分法对脱粘面扩展的可能性进行了预估。理论分析和试验结果均表明：燃烧室增压速率、脱粘面尺寸、边界条件等因素对脱粘面扩展均有较强的影响。该研究结果对制定固体火箭发动机装药失效判据有一定参考价值。     

针栓式喷注器液氧/甲烷发动机燃烧特性数值仿真

为研究针栓式喷注器结构对液氧/甲烷发动机推力室燃烧性能的影响,采用非绝热稳态扩散火焰面模型,并考虑真实流体的物性,对针栓式喷注器液氧/甲烷发动机推力室的跨临界燃烧和流动进行数值模拟。结果表明,针栓式喷注器发动机在推力室头部区域形成两个回流区;在一定范围内,减小针栓式喷注器径向喷注通道尺寸和针阀直径,可以提高燃烧室压力和燃气温度,从而提高推力室的燃烧性能;对于针阀伸进燃烧室长度,为提高推力室的燃烧性能,同时考虑推力室头部的冷却问题,应取越程比在1附近。     

固体火箭发动机燃烧不稳定研究进展与展望

燃烧不稳定问题是今后相当长一段时间内固体火箭发动机燃烧流动领域需要解决的重要问题。由燃烧响应主导的燃烧不稳定问题具有很典型的非线性燃烧不稳定特征,是当前研究的重点与难点。采用非线性方法开展固体火箭发动机的非线性动力学分析,可以获得非线性燃烧不稳定的触发条件与稳定性区间,以及不稳定的增长过程和最终达到的极限环振荡状态。压强耦合响应、速度耦合响应、分布式燃烧、粒子阻尼和喷管阻尼是燃烧不稳定分析中重要的增益和阻尼项,在非线性燃烧不稳定分析中,这些增益与阻尼同样需要非线性表达式,需要开展精细的实验研究和理论分析,以获得更符合发动机实际工作状况的推进剂燃烧响应和铝分布式燃烧的非线性模型。深刻认识压强振荡增长过程中各阶模态间能量的传递规律,是揭示非线性不稳定触发机理和极限环形成过程的关键所在。在实验验证技术方面,需要建立起地面实验外部激励和飞试状态实际激励环境的等效分析方法,发展能够有效模拟实际飞行时发动机燃烧不稳定环境的地面等效模拟实验方法。