固体火箭发动机羽流辐射光谱测温方法研究

固体火箭发动机羽流具有高温、高速与强辐射特征,羽流温度是发动机工作状态与性能的重要表征参数。准确测量固体火箭发动机羽流温度对了解发动机内部燃烧情况以及发动机综合性能具有重要的参考价值。随着激光与光谱学的发展,激光光谱技术逐步应用于固体推进剂燃烧及发动机羽流温度测量。辐射光谱测温法通过测量火焰辐射光谱来实现温度的非接触在线测量,具有测温范围宽、响应快及可靠性高等优点,可应用于固体火箭发动机羽流温度测量。在此提出了基于火焰辐射光谱的固体火箭发动机羽流温度测量方法,采用350～1 000 nm波段光纤光谱仪搭建了发动机羽流火焰辐射光谱测量系统,利用标准辐射黑体炉开展光谱仪响应系数标定,获得响应系数随波长的变化曲线,并以此用作羽流辐射光谱数据修正。之后将该测量系统应用于标准Φ118固体火箭发动机地面试验,开展典型12%铝质量含量推进剂发动机羽流辐射光谱实验测量,选取不同时刻羽流辐射光谱分析了发动机羽流辐射光谱特征,并利用双色法灰性判断原理对羽流火焰灰体特性进行讨论,验证在675～745 nm波段发动机羽流火焰辐射可近似认为灰体,该波段辐射率随波长变化最大相对偏差为4.01%,相对均方差为1.53%。因此,基于普朗克辐射定律开展辐射光谱拟合参数获得不同时刻羽流温度与辐射率参数,并讨论测量结果与发动机工作状态的关系。最后,开展12%,15%与19%铝质量含量的不同推进剂配方固体火箭发动机羽流辐射光谱测量,将辐射光谱法温度测量值与理论热力计算值进行比较,两者最大偏差值为5.40%,讨论了不同铝含量推进剂发动机羽流辐射光谱特征,并结合温度与辐射率测量结果,分析了固体推进剂铝含量对辐射光谱、羽流温度及辐射率的影响。通过固体火箭发动机羽流辐射光谱测温方法研究,为固体火箭发动机性能评估及推进剂配方优化等研究提供了有效的羽流参数测量手段。分析获得的推进剂铝含量对发动机羽流辐射光谱、温度及辐射率参数的影响,为降低固体发动机羽流特征信号提供了重要的实验数据支撑。     

聚能射流对固体火箭发动机的冲击起爆

为研究聚能金属射流对固体火箭发动机的冲击响应，开展了聚能装药空射实验及某尺寸发动机在无防护情况下的射流冲击实验，使用高速摄影仪记录了爆炸响应过程，并测量了不同距离及方向的空气超压和破片速度。利用AUTODYN有限元计算软件对实验过程进行了数值模拟，通过调整流固耦合的网格大小，避免了耦合泄漏。实验结果表明，火箭发动机受到射流冲击后，会发生剧烈爆炸，推进剂完全反应，破片速度达4 700 m/s以上，距离发动机爆炸中心1 m处的空气超压达到19.78 MPa，爆炸中心温度达到3 000 ℃以上，该推进剂爆炸能量略高于常规炸药。模拟结果显示，射流以头部速度7 000 m/s的速度冲击发动机壳体后，射流头部的尖端被严重烧蚀，且速度降至约5 600 m/s；推进剂在受到射流侵彻1～2 mm后，发生剧烈反应；爆炸冲击波以球形沿圆柱孔装药传播，并通过圆柱形中心孔冲击另一侧推进剂，发生装药的二次冲击起爆，同时伴有回爆现象，在推进剂中心的高斯点出现了3次超压波峰；距离发动机中心1 m处3个高斯点的平均空气压力峰值为18.75 MPa，与实验结果吻合较好。     

固体火箭冲压发动机补燃室沉积数值模拟

考虑液态颗粒碰撞和聚合过程、液态颗粒和壁面碰撞过程,建立了固体火箭冲压发动机补燃室沉积数值计算模型,对模型发动机补燃室内颗粒之间碰撞、沉积的相互作用过程进行了数值模拟,得到了颗粒沿轴向和沿出口平面径向方向的分布情况,并计算得到了补燃室壁面不同段的沉积层厚度值。将计算结果与试验结果进行对比,最大误差为0.8mm,表明该计算模型具有较高的计算精度。     

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。     

轻型火箭发射噪声场的分布特性

为了解小火箭发射噪声特性及其在喷口外围的声压场分布规律,针对燃气射流产生噪声问题进行了实验研究和数值计算。讨论了超声速射流噪声的3个主要成分(湍流混合噪声、啸音和宽带激波相关噪声)及相关特点,指出它们产生的根本原因是湍流射流的速度扰动。通过分析不同实验测点的射流噪声声压级峰值,得到了燃气射流噪声在轴向和径向上的分布规律,即随着离喷口距离的增大,轴向噪声的衰减程度大于径向。在实验基础上,利用大涡模拟与FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)声学比拟相结合的方法对燃气射流噪声的声学特性进行计算。结果表明,此方法获得的计算结果与实验结果吻合较好,可为进一步研究射流噪声控制提供参考。     

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.     

火箭配电器测试系统设计

火箭配电器作为箭上电气系统的重要部件,对火箭飞行试验起着至关重要的作用;配电器测试直接反映其各项功能达标情况,测试方法的优劣会影响对配电器性能的评价高低;配电器测试系统以加固计算机为开发平台,通过PXI数据采集板卡对调理后的信号进行采集和控制,并在显示器上显示测试结果与数据,从而完成配电器的各项功能测试;测试系统原理样机测试某箭上配电器,比较测试值与设计值结果相符,可以得出系统设计可行、可靠;该测试系统大大改进了以往的测试手段,具有体积小、可靠性高、易于携带等优点。     

固体火箭发动机振动试验过试验分析与控制

针对固体火箭发动机振动试验过程中出现局部过试验情况影响振动试验质量以及由于响应测点分布的局限性导致试验周期延长等问题,采用有限元技术与实际试验方法相结合,构建振动力源、试验夹具和固体火箭发动机一体化有限元模型。应用此模型进行振动试验系统动态力传递特性研究,找出振动力源、试验夹具和发动机之间动态力传递规律,选择合适的控制点与控制策略,改善振动试验局部过试验问题,提高振动试验质量,缩短试验周期。     

供应链互补产品广告投入和捆绑销售联合决策研究

以一个制造商和一个零售商的供应链为研究对象,制造商生产两种互补产品,零售商可选择分开或捆绑两种销售策略。考虑互补品的负交叉弹性和广告外部性的特点,构建基于溢出效应的需求模型,运用博弈论的方法,求解零售商采取分开和捆绑两种销售策略时的均衡结果。通过比较不同销售策略下的均衡结果及利润关系,探讨在分散式和集中式两种情况下,零售商的最优广告投入和捆绑销售的联合决策问题。最后,通过数值算例,讨论产品互补程度和广告成本系数对决策结果的影响。研究结果表明,无论是在分散式还是集中式决策下,当产品互补程度较高或广告成本系数低时,分开销售是占优策略而广告费用较高;当产品互补程度较低且广告成本系数高时,捆绑销售是占优策略且广告费用较低。     

基于多体系统传递矩阵法的多管火箭定向器振动控制

应用多体系统传递矩阵法,建立了全新的多管火箭发射动力学控制模型,以二次型性能指标为成本函数, 设计了脉冲推力器为控制执行机构的振动主动控制律,并设计了多管火箭发射系统在燃气流冲击下定向器的振动主动控制系统,获得了最优脉冲控制力幅值和脉冲推力器工作次数. 应用设计的控制律数值仿真了某多管火箭定向器无控和受控状态下的振动响应,仿真结果表明该法可有效地降低定向器的振动.该方法易于工程实现,对控制多管火箭发射系统的振动、提高多管火箭射击的精度具有重要意义.