大推力液体火箭发动机结构中的力学问题

依据大推力液体火箭发动机工作时极端的力热环境状态, 阐述分析了大推力发动机强振动、大静载、多源激励和传递路径复杂的力学特点. 静力学方面介绍了整机结构载荷分析和组件静力学分析方法, 动力学方面介绍了整机低频模型、精细化动力学修正、多源载荷等效等问题的研究情况. 针对发动机典型的部件, 梳理了大推力发动机研制中面临的力学挑战, 包括高温高压燃气摇摆装置、转子动力学、动静干涉流体激振、诱导轮汽蚀振荡、大范围轴向力平衡、超音速涡轮颤振、推力室热疲劳、喷管侧向力载荷、总装管路疲劳断裂等问题, 指出了力学需求和未来研究方向. 最后对发动机结构概率失效分析的现状进行了简要介绍, 为大推力液体火箭发动机研制提供力学支撑.      

基于移动可变形组件法(MMC)的运载火箭传力机架结构的轻量化设计

传力机架是运载火箭箭体与发动机连接的关键部件,负责将发动机推力载荷有效的传递至箭体,其结构的轻量化设计不仅可以保障火箭发动机的推重比、提高火箭的稳定性,还可以为我国未来可重复使用式火箭的研究提供一定的参考.本文在移动可变形组件(moving morphable component,MMC)的框架下,提出了一种解决传力机...     

考虑自然对流的某固体火箭发动机慢速烤燃特性数值分析

针对某高氯酸铵/端羟基聚丁二烯(AP/HTPB)推进剂固体火箭发动机，采用两步总包反应描述AP/HTPB的烤燃过程，建立了考虑发动机空腔自然对流的二维轴对称烤燃模型，对加热速率分别为3.6、7.2和10.8 K/h时火箭发动机的慢速烤燃行为进行了数值预测，研究了该火箭发动机的热安全性问题。结果表明，固体火箭发动机空腔内的自然对流对AP/HTPB推进剂的着火温度、着火延迟期和着火位置有一定影响，在热安全性精确分析中不可忽略。3种加热速率下，AP/HTPB推进剂的最初着火位置均出现在药柱肩部的环形区域内，3种加热速率对应的着火延迟期、着火温度及着火时壳体温度分别为30.71、20.06、18.68 h，526.52、528.10、530.64 K，和479.56、496.82、508.77 K。随着加热速率的增大，烤燃响应区域向推进剂与绝热层交界处移动，着火位置的二维截面由椭圆形变为半椭圆形。     

基于子循环-预测校正的三维SRM点火瞬态流固耦合数值模拟

为了分析固体火箭发动机点火瞬态工作过程,通过采用基于子循环-预测校正的紧祸合算法,研究高效的耦合器耦合计算流体动力学代码及计算结构动力学代码,对某翼柱型装药固体火箭发动机点火瞬态进行数值模拟,结果表明:翼柱型发动机点火过程中,尾部药柱壁面最开始点燃,同时火焰快速向翼槽和头部传播,翼段是最容易发生破坏的地方;紧耦合算法能...     

随机振动的某些最新进展

引言随机振动理论关心的是预测经受随机激励的结构的响应,是确定经受随机激励的结构的可靠性。振动环境可能是由如下一些不同的原因造成的,如大气湍流、海洋波浪、地震引起的地壳运动、道路的不平度以及喷气发动机和火箭发动机引起的声压。每种情形的激励都是在相当宽的频带内以随机方式产生振动能为其特征。随机响应过程典型地      

湿式发射对同心筒瞬态热冲击的影响机理

针对路基同心筒自力发射整体热环境恶劣的问题,依托弹性变形和域动分层相结合的动网格技术,基于均质多相流理论并耦合液态水专用汽化求解程序,建立在发射筒底部注水的三维气液两相流体动力学模型;以火箭发动机自由射流注水实验为基础,验证汽化程序三维计算的可靠性与有效性;通过瞬态数值计算,讨论筒底注水角度对导弹、内外筒热环境和导弹载荷特性的影响规律。分析表明:发射筒内发生了显著的汽化反应;导弹及发射系统总体热环境得到了显著改善,实现了发射系统持续降温的目的;在筒底注水后,弹底的附加推力及火箭发动机的推力有一定增加,随着注水量的减少,注水对导弹载荷的影响越来越弱。     

粘弹性夹心梁之阻尼测定

一、抑制结构共振的一种有效方法——约束阻尼层近代的一切运载工具,如轮船、舰艇、飞机。火箭等,由于要不断提高发动机的功率和速度,导致振动条件日益严重。过去在处理往复式和旋转式的机械振动问题时,由于振源是单频谐振力,所以多采用单频隔振器,单频吸振器或改变结构刚度、阻抗等办法避免结构发生共振。而现代运载工具的振源是宽频带随机的,一般      

热端部件低温热腐蚀疲劳损伤机理、寿命模型和抗腐蚀设计方法

对于沿海地区或海洋环境中使用的航空发动机来说, 由于高温、机械载荷和盐雾环境的共同作用, 热腐蚀疲劳破坏是影响其热端部件服役寿命的主要因素. 本文对热端部件低温热腐蚀疲劳损伤机理、寿命模型和防腐蚀设计方法进行了总结、归纳及评述, 提出了未来的研究趋势与发展方向. 首先介绍航空发动机热端部件的热腐蚀疲劳故障案例、损伤演化机理; 其次, 重点分析了低温腐蚀疲劳寿命的唯象模型、损伤力学模型、断裂力学模型以及机器学习模型; 再次, 对几种代表性的考虑腐蚀演化不同阶段的分段式腐蚀疲劳全寿命模型进行综述, 还分析指出了腐蚀疲劳全寿命模型的发展趋势; 从次, 对航空发动机材料选择、零件制造、结构强度设计和外场运行维护不同阶段的抗腐蚀方法进行了综述. 最后, 对增材制造零部件的热腐蚀疲劳问题以及无损检测技术、人工智能等与热腐蚀疲劳研究的结合进行了展望.      

旋转固体火箭上面级章动不稳定动力学机理分析

针对上面级旋转固体火箭发动机出现的章动不稳定现象,即锥形运动发散,通过对变质量陀螺运动方程干扰力矩项的研究,得出了发动机内部流动质量产生的附加侧向扰动力矩是诱发上面级固体火箭锥形运动发散的动力学根源,并得到了其章动不稳定的发生判据。基于此判据,给出了通过提高火箭自旋转速和横向转动惯量来解决上面级旋转固体火箭发动机章动不稳定现象的方法;并得出较高的气动静稳定设计和低密度的高空环境,是尾翼稳定旋转火箭弹发生“掉弹”现象的根源。     

单轨火箭橇靴-轨冲击响应传递特性研究

单轨火箭橇靴-轨的冲击响应是影响其运动过程中系统稳定性的主要问题。本文以单轨火箭橇为研究对象,采用有限元结构动力学仿真分析方法建立了非线性火箭橇-轨道耦合动力学模型;对比分析了理想平直轨和不平顺轨两种轨道模型条件下滑靴、卡环、发动机的振动量变化,并进行了火箭橇的试验验证和数据对比。结果表明:不平顺轨道对火箭橇靴-轨冲击响应振动加速度均方根值的影响大于理想平直轨道,滑靴处二者最大偏差为3～5倍,且随机振动特性显著;最大速度时刻的靴-轨冲击预测结果与实测值在侧向和竖向振动趋势上具有很好的一致性。研究结果为火箭橇结构优化设计及稳定性分析提供了理论依据和技术保障。     

水射流介入多组分喷流降噪仿真研究

火箭在发射升空阶段,由喷管喷出的高超声速射流诱导产生的高量级喷流噪声,严重影响火箭结构安全性和仪器设备的可靠性,因此开展高速喷流噪声环境的预测和降噪具有重要意义。针对某型液体火箭发动机喷流,采用脱体涡模型(DES)结合输运方程及离散相模型(DPM)、曲面积分的FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)方程,建立了多组分高马赫数喷流噪声及考虑蒸发物理机制的水射流介入多组分高马赫数喷流的数值分析方法,完成了液体火箭发动机高超声速喷流流场及喷流噪声环境的预测,结果显示在测点处总声压级预测结果与试验测量结果误差在±3 dB之内。进一步设计了环形水射流喷流降噪系统,开展了考虑蒸发物理效应和复杂导流槽构型影响下的水射流介入高速喷流降噪规律研究,发现水射流对燃气射流产生剪切作用、动量交换作用以及吸热蒸发作用是实现降噪效果的重要原因,降噪效果随水射流质量流率增大单调升高,而随介入角度的增大先升后降。本研究对水射流介入系统的设计与工程实践具有重要意义。     

多级火箭各级载荷比的分配

多级火箭各级载荷比的分配郑文虎（西昌师范高等专科学校，四川西昌６１５０２２）设多级火箭第ｉ级发动机的有效排气速度为ｕ＇＿（ｅｉ），则ｎ级火箭在主动段燃料喷射完毕时的理想速度式中μ＿（ｋｉ），为结构比，即若火箭各级的有效排气速度ｕ＇＿（ｅｉ）和结构系数...     

快速静电探针的研制与应用

静电探针作为等离子体诊断的一种基本手段,在许多高温气体动力学的地面模拟实验设备(诸如电弧加热器、等离子体风洞、火箭发动机、激波管、高速弹道靶等)以及再人飞行试验中均有广泛的应用。因此,它对于同遥测、通 ...     

化学流体力学家——林鸿荪

 林鸿荪, 力学家, 化学流体力学专家. 我国化学流体力学的奠基人, 为我国液氢火箭发动机的设计以及超低空导弹的研制作出重要贡献.     

一种单级入轨火箭发动机概念--气动塞式喷管发动机

综述了研制新一代可重复使用的航天运载器推进系统的需求和目标,介绍了一种单级入轨的火箭发动机概念──气动塞式喷管发动机,并给出了有关气动塞发动机的概念分析、研究进展和工作展望．     

一种单级入轨火箭发动机概念──气动塞式喷管发动机

综述了研制新一代可重复使用的航天运载器推进系统的需求和目标,介绍了一种单级入轨的火箭发动机概念──气动塞式喷管发动机,并给出了有关气动塞发动机的概念分析、研究进展和工作展望．     

离心力和滑翔距离对于高超声速巡航飞行性能的影响

高超声速巡航飞行器(HCV)是21世纪国际空天技术竞争的焦点, 它的飞行性能可以用初始发射质量与广义有效载荷之比衡量. 文献[1]建立了该性能的耦合分析框架. 在这个框架下进一步考虑了离心力和滑翔距离两个重要因素的影响. 定量分析表明: 给定飞行距离, 对HCV飞行性能影响最大的是巡航速度, 其次是升阻比, 再次是巡航发动机比冲. 随着飞行距离的增加, 由于离心力和滑翔距离的计入, 火箭动力HCV的飞行性能大幅提高, 从近中程到远程均显著优于经典的最小能量弹道. 吸气式冲压发动机尽管比冲大幅优于火箭发动机, 但在巡航速度适用范围和飞行器升阻比方面, 均不及后者. 综合而言, 火箭动力HCV是现阶段非常有竞争力的选择.      

基于hp自适应伪谱法的组合动力可重复使用运载器轨迹优化

针对传统化学火箭难以重复使用、发射成本高的问题,提出了一种水平起飞/降落的新一代可重复使用运载器飞行方案,并对其动力模式设计和上升段轨迹优化方法等关键技术进行深入研究。设计了一种涡轮\冲压发动机结合火箭\冲压发动机的组合动力模式,建立了发动机推力与高度、马赫数等变量间的耦合模型,根据动力形式将上升段轨迹分为两段并采用全局搜索法确定动力切换的最佳时机。根据分段结果,分别以燃料最省和终端速度最大为指标,利用hp自适应伪谱法对两段进行轨迹优化设计。该算法基于双层策略求解最优控制问题,兼备伪谱法和有限元法的优点,与打靶法、伪谱法和间接法相比,初值更易选取,收敛速度更快。     

再生冷却结构超高温加热模拟试验研究

再生冷却结构是超燃冲压发动机热防护的主要形式,具有重要的应用前景。本文根据超燃冲压发动机热防护技术需求,建立了再生冷却结构超高温加热模拟试验系统,解决了再生冷却结构在内部冷却液流动情况下单面承受高温高热流加热模拟问题。本文研制的集分水器,实现了再生冷却结构各流道流量的精确控制。利用该试验系统,顺利完成了再生冷却平板结构1500℃瞬态热试验。试验结果表明,该系统运行稳定可靠,试验结果可以作为再生冷却平板结构防热性能评定的依据。     

多相流体力学

这次访问中国,受到了各位的欢迎,对此表示感谢。今天,对多相流问题讲讲一般的,基本的问题。多相流问题所涉及的范围很广,例如,在航空和航天技术中,常遇到气体里含有固体粒子或液体微粒的情况。大约从1960年以来,随着航空技术的发展和火箭发动机的利用,火箭发动机的推力特性、高速飞行体表面被粒子碰撞引起的损伤,粒子碰撞燃气轮机叶片时的损伤等重要课题,开始受到重视,研究工作活跃起来。除此之