火箭发动机地面水平试车尾流温度场仿真分析

针对氢氧火箭发动机地面水平试车时尾流燃气对地面热防护的影响,分别采用二维轴对称模型和三维模型对发动机尾流流场进行了数值模拟。计算中,采用氢氧单步燃烧反应模型考虑尾流燃气与空气的燃烧,湍流模型选用了标准k-ε模型。仿真结果表明：三维模型中,燃气逐渐向地面流动,地面燃气温度高于二维轴对称模型中的燃气温度;发动机工况变化时,三维模型和二维轴对称模型中的地面燃气温度变化趋势相反,采用三维模型计算具有更好的可信度。     

BPFER/DSX体系固化反应动力学与热性能

采用DSC研究了有机硅固化剂1,3-二氨丙基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷(DSX)与双酚F环氧树脂(BPFER)的固化动力学。BPFER/DSX体系的非等温固化反应曲线和dα/dt-t曲线表明,该反应符合自催化反应模型的基本特征。T-β曲线预测的固化工艺的凝胶温度、固化温度和后固化温度分别为36、87、138℃。采用E变量法分析得该体系的固化反应表观活化能为46.70～50.54 kJ/mol,与Starink、Kissinger、Ozawa、Boswell等方程的验证结果基本一致。采用E常量法求得该体系不同升温速率下的固化反应动力学方程,动力学方程预测值与实验值十分吻合。TG和DTG曲线表明,BPFER/DSX固化物的耐热性优于BPFER/DDM固化物。     

RBCC燃烧室超声速反应混合层特性的大涡模拟

以飞行马赫数为4.5Ma的RBCC发动机典型工作状态为研究背景,采用大涡模拟研究了支板火箭射流和空气来流形成的超声速反应混合层的掺混燃烧过程,获得了燃烧室内详细的流场结构和流动特征,分析了强射流条件下超声速反应混合层的特性。结果表明由于速度梯度的存在,火箭射流进入燃烧室后与空气来流形成环形剪切层,剪切层内丰富的旋涡结构主导火箭射流和空气来流的掺混燃烧,随着湍流能量的串级输运,化学反应过程中释放的能量将被转化成细观尺度的湍流动能,大尺度旋涡将能量传递给小尺度旋涡并最终耗散,细小尺度的旋涡一方面能够促进燃烧反应物的掺混并强化燃烧过程,另一方面会给化学反应过程带来强烈的脉动,使得局部火焰淬灭,火焰结构表现出明显的非定常性。     

研究推进剂凝聚相反应宏观动力学的爆燃延迟法

介绍了一种用爆燃延延期测定仪研究推进剂凝聚相高速分解反应动力学的方法。通过对硝化棉、双基和催化基推进剂，以及ＲＤＸ等试样爆燃延迟期的测定，得出了爆燃延迟期与反应宏观动力学参数反应速度常数、活化能、频率因子以及燃速等之间的关系。该方法快速、简便、有效，且在充压条件下进行，更接近于推进剂实际燃烧过程。     

铝/镁基水反应金属燃料的燃烧特性研究

为了探索在水冲压发动机中高金属含量铝/镁合金水反应金属燃料的稳态燃烧,开展了其一次燃烧和二次燃烧实验研究,其中铝/镁合金含量达到80%。采用氧弹量热仪收集一次燃烧固相产物,并将一次燃烧固相产物置于水蒸气高温管式炉中模拟二次燃烧。采用TGA对铝、镁和铝/镁合金进行了热性能分析,并采用XRD,SEM及化学分析方法对铝/镁合金和推进剂的一、二次燃烧固相产物进行了表征。结果表明,铝/镁合金的启动氧化温度530℃优于镁的600℃,铝/镁合金在第二阶段的氧化性能优于铝的。铝/镁合金为Mg17Al12,一次燃烧固相产物中主要存在Mg Al,Mg2Al3,Mg Al2等合金相和Mg O,在二次燃烧的固相产物中有Mg O,Al和Al2Mg O4,其中剩余Al的含量随着管式炉温度增大先增大后减小。分析认为铝/镁合金在燃烧过程中镁先行发生了反应,而后其中的铝才发生反应。     

不同初始温度下等离子体对H2/Air混合物燃烧影响

等离子体助燃过程是一个非平衡的,瞬时的,极不均匀的物理化学过程,活性粒子在等离子体助燃计算中是一个关键难题。文章建立H2/Air燃烧的化学动力学模型,计算与分析了在非平衡等离子体条件下,气体放电产生的活性粒子(O,H)和活性基(OH)在不同初始温度下对燃烧过程中参与燃烧的组分以及温度和压力的影响,为航空发动机燃烧室等离子体助燃实验研究和实际应用提供理论依据。数学模型的计算结果表明等离子体助燃可以提高反应效率,缩短延迟时间,增加燃烧温度,火焰传播速率,强烈影响H2/Air混合物燃烧效果。     

丁羟推进剂固化体系中活泼氢组分的反应活性研究

分别对端羟基聚丁二烯(HTPB)/苯异氰酸酯(PI),键合剂(BA-5)/PI和防老剂H(N,N′—二苯基对苯二胺)/PI在甲苯/二甲基亚砜混合溶液体系中进行了反应动力学研究,计算了相应体系的反应速率和活化能。结果表明,在相同的条件下,这三种体系中活泼氢组分的反应速率由大到小依次为:键合剂(BA-5)上的胺基、HTPB,BA-5上的羟基、防老剂H上的胺基。对上述活泼氢组分构成的四个不同配方用TD I固化并制成胶片,对固化时间不同的胶片进行了单向拉伸和溶胀比测试;力学性能和交联密度变化的结果验证了动力学结果,同时也表明BA-5和防老剂H都能有效提高丁羟推进剂的力学性能。     

电离对高超声速稀薄流飞行器气动热影响

将电离反应模型扩展到（direct simulation Monte Carlo,DSMC）方法中,研究了电离反应效应对高超声速稀薄流飞行器气动热的影响特性.针对稀薄流场中电子出现带来的实际困难,引入“捆绑法”思想处理电子在流场中的运动,并给出了电离反应模型及电离反应处理方法.在以RAM-C Ⅱ飞行器外形为例对增加了电离反应的DSMC代码进行验证的基础上,以“星尘号”探测器外形为研究对象,针对不同飞行高度下5组元混合气体模型（无电离）和11组元混合气体模型（含电离）的化学非平衡流动开展了数值模拟,细致分析和对比了电离反应效应对探测器气动热的影响规律.研究结果表明:采用的电离反应处理方案能够模拟带电离反应的高超声速化学非平衡稀薄流动.在飞行高度为60km时电离反应对探测器气动热的影响最为强烈,使探测器的驻点热流密度降低了5.12%,电离反应对探测器气动热的影响随气体稀薄程度增加而减弱.      

气相环境下EPDM绝热材料双区体烧蚀模型

针对气相环境下EPDM绝热材料的烧蚀行为建立了双区体烧蚀模型,着重考虑了沉积反应、气流剥蚀和膨胀现象。多孔介质区和固体区分开求解,采用交界面温度耦合的数值处理方法。对气相环境下的烧蚀实验开展了数值计算,分析了影响炭化层孔隙结构、质量烧蚀率的主要因素,计算结果与实验结果吻合较好。计算还获得了炭化层内烧蚀气体流速的量级是毫米到厘米,相对压强的量级是103～104Pa以及相对压强的分布情况。