高过载条件下绝热层烧蚀实验方法研究 (Ⅰ)方案论证及数值模拟

分析了高过载对固体火箭发动机流场和绝热层烧蚀的影响规律，提出一种新的研究思路：采用数值模拟方法来预示发动机三维两相流场，建立高过载流场模拟实验装置，开展绝热层烧蚀实验，建立高过载条件下的绝热层烧蚀模型，在此基础上发展高过载发动机绝热层设计和烧蚀预示方法。其中关键技术是高过载流场的模拟，对粒子加入法和弯管分离法两种方案进行了论证，认为弯管分离法原理上是可行的。为了验证这种方案的可行性，开展了弯管通道两相流的数值模拟研究，计算结果表明弯管装置具有使凝相粒子聚集形成高浓度粒子流的功能。     

固体火箭燃气射流近场形成与发展的数值模拟

固体火箭武器燃气射流的近场区域存在有复杂的波系，膨胀波、压缩波的混合作用是机-弹、弹-舰相容性研究的重要内容，复杂波系压力、温度场的分布是燃气射流动力冲击和热冲击作用的直接因素。因为这一区域流动的复杂性，使得实验研究非常困难。为此应用数值分析的方法，研究了固体火箭高度欠膨胀燃气射流流场起始冲击波、近场波系的形成及发展。计算结果揭示了近场区域的一些特性，与文献提供的数据较为吻合，为工程应用提供了帮助。     

AP包覆硼对富燃推进剂药浆流变特性的影响

用四种不同量AP包覆的硼粉,对硼含量达30%的富燃推进剂实验配方中的药浆流变特性进行了研究,结果表明:20%AP包覆硼粉的含硼富燃固体推进剂药浆的流变性与另三种硼粉的明显不同———近6h粘度为2 2kPa·s,屈服值在300Pa以下,表明其药浆流平性好并可满足浇铸要求。20%AP包覆硼的合适包覆量、包覆完整的表面性质及近似球型粒子的形状决定了其药浆的流变特性最优。     

硝胺/高氯酸铵/丁羟推进剂高压燃烧特性

研究了低铝含量(5％)的NA(硝胺)／AP／HTPB推进剂高压(15MPa～22MPa)燃烧特性。结果表明：二茂铁衍生物(RMT)能大幅提高推进剂燃速和降低高压燃速压强指数。随着RDX含量(15％～35％)增加，推进剂燃速基本不变；而HMX(15％～30％)含量增加，燃速呈降低趋势。提高配方中RMT含量、细AP的含量或采用RMT，铬酸盐组合催化剂的方法都可将NA／AP／HTPB推进剂高压压强指数降低到0．45以下。     

端羟基聚丁二烯(HTPB)的热分解研究

用TG-DTA考察了HTPB的热分解行为,表明HTPB热分解经历两个阶段.第一阶段主要产物为4-乙烯基-1-环己烯、丁二烯等,第二阶段主要产物为丁二烯、环戊烯、1,3环己二烯.说明HTPB在热分解初期主要是解聚反应并伴有环化、交联作用;第二阶段主要是环化、交联物的裂解.文中还对HTPB热分解的可能机制进行了讨论.     

轴对称突扩直管流场计算

本文是为喷管喉部沉积问题的研究而进行的喷管突扩流场研究工作的一部分,重点研究了产生突扩流效应的轴对称直管流场.在等粘度和k-ε紊流模型下,分别计算了三种速度分布下的流场,和国内外相关实验结果及Spalding,D.B.的计算结果进行比较,取得了满意的结果.同时考察了动边界下流场的变化,实现了突扩流效应的理论预测.本文考察了SIMPLE方法.在源项处理、方程的非线性、方程的解法等方面做了分析研究和计算工作,解决了一些具体应用问题.     

液氧烃类发动机循环系统比较

本文通过理论计算得出两种循环的液氧/烃类发动机参数和性能,计算了混合比、涡轮进口温度、泵效率等参数对发动机性能的影响。利用涡轮功率平衡方程推导出发生器循环的涡轮流量与总流量比和燃烧室压力的关系;分级燃烧循环的燃料泵出口压力与燃烧室压力的关系。最后分析了两种循环的适应范围。     

烧蚀反应动力学参数的确定

本文提出了一种理论模型与实验相结合确定碳基材料烧蚀反应动力学参数(活化能和指前因子)的方法。首先建立了碳基材料热化学烧蚀的湍流边界层模型,运用数值方法对边界层守恒方程组、表面烧蚀和固相热传导进行耦合求解,计算过程中不需要事先假设烧蚀的控制类型。其次,在电弧加热器中模拟火箭发动机喷喉的烧蚀环境进行烧蚀材料与氧化性气体反应的烧蚀实验。最后,运用所建立的模型和在电弧加热器上的实验结果进行预测比较,确定烧蚀反应的动力学参数。作为实例,确定了石墨与CO_2的烧蚀反应的动力学参数。     

用X光电子能谱研究复合固体推进剂燃烧机理

本文介绍了X光电子能谱(XPS)分析技术在复合固体推进剂燃烧机理研究中的应用。用XPS分析对一种呈负压力指数燃烧特性的聚氨酯复合固体推进剂(404-5A)的未然表面和在2、2.5、3.0、3.5、4.0MPa压强下快速降压熄火后的燃烧表面作元素组成及其化学价态的分析,得到了不同价态的各元素原子百分含量。从实验结果可以确定CaCO_3在凝相反应中生成了CaCl_2。从燃面上碳原子浓度随燃烧压强的变化说明了燃烧过程中存在着熔化的粘合剂对过氯酸铵表面的流动覆盖,覆盖程度随着燃烧压强的上升而增加。本文还对CaCO_3、粘合剂流动覆盖在燃烧过程中的作用进行了探讨。     

喷管型面对固体火箭发动机性能的影响

用时间相关法数值计算跨音速喷管流动时,其控制方程分别采用守恒型和非守恒型方程.通过对JPL喷管进行计算发现:在相同的精度下,非守恒型方程的收敛速度比守恒型方程的收敛速度快一倍多.采用修正阻尼法(DASHCO法)进行数值计算,其收敛速度均提高六倍以上.最后,采用直接优化法研究了喷管收敛段型面及喉部型面对发动机性能的影响.