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%.     

扩压器套料电解加工绝缘套结构刚度优化研究

扩压器是航空发动机压气机的关键部件,对发动机性能、效率及运行工况有重要影响。为解决扩压器套料电解加工过程中绝缘套结构刚性差易变形进而影响加工稳定性的问题,提出了绝缘套刚性优化方法,在绝缘套自由端处设计了加强筋结构,开展了不同加强筋形状、尺寸下的流固耦合仿真对比研究。当加强筋两端为圆形、宽度b=2 mm、距底端距离h=6 mm时,与未设置加强筋结构相比,最大变形量减少了88.3%。研制了带加强筋的扩压器套料电解加工绝缘套及阴极结构,开展电解加工试验研究,实现了阴极进给速度为1.4 mm/min稳定加工,加工稳定性和效率显著改善,验证了绝缘套刚性优化方法的有效性。     

突扩扩压器突扩间隙与压力损失间关系的研究

通过数值计算和试验两种方法研究了短突扩扩压器突扩间隙与压力损失间的变化规律探讨了变化机理，研究了前置扩压器结构和进口马赫保持不变的前提下，分别通过改变前置扩压器和火焰筒的位置两种方式改变突扩间隙，研究总压损失系数的变化规律，结果表明：在本研究参数范围内，当突扩间较小时，前置扩压器出口气流拐弯剧烈，流线是非光滑的，相反，则会导致前置扩压出口气流的二次分离，在突扩区形成两个涡，而且气流拐弯剧烈，流量分配不均匀，因而存在有最佳的相对突扩间隙（δ=1.8-2.0),使得总压损失最小而（1．6％－1．75％）。     

背撑发动机进排气对翼身融合民机气动特性影响

针对翼身融合(BWB)背撑发动机布局民机的发动机与机体流动干扰问题,以项目团队研究的某BWB布局民机方案为研究对象,采用CFD方法研究了发动机进排气对全机低、高速气动特性的影响规律及其流动机理。结果表明:进排气效应主要影响飞机的高速阻力特性,随着发动机进气流量的减小,机体/短舱之间流动干扰加剧,机体零升阻力增加;进排气效应对低速状态升力和俯仰力矩的影响主要由发动机的抽吸作用对机体表面流动的干扰引起。发动机不同的进气流量会对全机的升阻力特性产生较大影响,在BWB布局机体/发动机一体化设计中,要充分考虑机体与动力装置之间的干扰影响,同时权衡不同进排气状态对机体和发动机当地流动的影响。      

排焰道流动损失对地下井引射性能的影响

针对地下井引射器设计问题,基于引射器函数理论和可压缩流体管道流动理论,提出了一种考虑排焰道流动损失的地下井引射器描述方法,并结合理想引射器数学模型,分别建立了考虑排焰道流动损失的基本引射器数学模型和极限引射器数学模型.基于这两个数学模型,引入考虑排焰道流动损失的引射器函数和静压协调函数,分析了发动机总压、混合室直径、总...     

航改燃气轮机总体性能与排气装置的一体化设计

分析了舰用航改燃气轮机的设计特点,提出了在总体性能设计中采用排气装置一体化设计技术的合理性;对某型舰用燃气轮机排气装置的一体化设计进行的理论分析表明:排气装置达到了一体化的设计目的,燃气轮机整体性能得到了最佳的性能匹配。     

发动机排气系统及尾喷流的流场和红外特征数值模拟

建立了发动机排气系统及尾喷流的内外流一体化流场数值模拟计算模型,得到了发动机排气系统及尾喷流的流场.然后采用辐射传递方程(RTE)积分法研究了发动机排气系统及尾喷流的红外辐射特征,开发了相应的红外辐射特征计算源程序.程序可以计算加力和非加力两种状态下的红外光谱辐射特征,在加力状态下主要增加考虑了soot粒子的光谱吸收与发射.气体介质考虑了水蒸气、二氧化碳、一氧化碳和一氧化氮的红外光谱吸收与发射.最后给出了在光谱3～5 μm范围内,某发动机在高空飞行时其排气系统及尾喷流在加力和非加力状态下的红外辐射特征的模拟结果.      

火箭发动机羽流红外特性计算方法研究

为研究火箭发动机羽流近场的红外辐射特性,建立了羽流红外辐射传输的计算模型,通过在能量方程中引入辐射源项,实现了流场计算与辐射传输的耦合求解。计算中考虑了7种主要燃气组分,分别使用有限体积法和离散坐标法求解羽流流场和辐射传输方程,得到了羽流红外辐射强度在1～15μm范围内随波长变化的曲线及辐射强度在近场内的分布云图,均与文献的计算结果和红外试验热图符合较好。在羽流近场内能够捕捉到流场内各点辐射强度随流场物性变化的情况,表明耦合求解能提高辐射计算精度。     

高性能亚音速平面叶栅风洞设计

论述了用于测量压气机和涡轮叶片在亚声速状态下的二维气动特性的平面叶栅风洞设计问题。风洞采取暂冲式直流型式,由压缩机和储气罐提供高压气流,稳定段前采用大开角扩散段,并在扩散段进口段设置整流锥,锥后加装两层球面整流网,收缩段与稳定段连接处加设唇口,唇口与收缩段型面曲线均为双三次曲线,为防止试验段由于内外压力差导致漏气所造成的压力损失,在试验段外部加装了驻室结构,出口气流通过消声塔降低噪音再排入大气。风洞整体参数居于国内领先水平。     

瓣高宽比对波瓣强迫混合排气系统性能影响

以某涡扇发动机波瓣强迫混合排气系统为研究对象,在波瓣数以及波瓣长度不变的情况下,分别固定波瓣宽度改变波瓣高度和固定波瓣高度改变波瓣宽度,得到了一系列不同波瓣高宽比的几何模型,并对其进行了三维数值模拟研究,获得了不同高宽比对波瓣混合器流场、热混合效率和总压恢复系数的影响规律.结果表明:在混合器出口处,当高宽比在2~5范围内变化时,热混合效率在波瓣宽度和高度分别不变时,随高宽比的增加,分别呈现出不断增大以及不断减小的趋势;当宽度不变时,总压恢复系数随高宽比的增大而减小,当高度不变时,总压恢复系数随高宽比的增大而增大.