Influence of Rayleigh-Taylor Instability on Liquid Propellant Reorientation in a Low-Gravity Environment

A computational simulation is conducted to investigate the influence of Rayleigh-Taylor instability on liquid propellant reorientation flow dynamics for the tank of CZ-3A launch vehicle series fuel tanks in a low-gravity environment. The volume-of-fluid （VOF） method is used to simulate the free surface flow of gas-liquid. The process of the liquid propellant reorientation started from initially flat and curved interfaces are numerically studied. These two different initial conditions of the gas-liquid interface result in two modes of liquid flow. It is found that the Rayleigh Taylor instability can be reduced evidently at the initial gas-liquid interface with a high curve during the process of liquid reorientation in a low-gravity environment.     

液体火箭有机凝胶喷雾液滴蒸发模型及仿真研究

凝胶推进剂虽然兼具有液体推进剂流量可控和固体推进剂长期可储存等优点, 但凝胶喷雾液滴蒸发燃烧问题却一直困扰着凝胶推进剂研制及燃烧室设计工作, 阻碍了凝胶推进剂实际工程应用.设计实现了凝胶单液滴蒸发燃烧实验系统, 通过某型有机凝胶偏二甲肼(UDMH)单液滴在四氧化二氮蒸气中的蒸发燃烧实验现象, 进一步深入分析了凝胶液滴蒸发燃烧机理.根据实验中凝胶单液滴在不同阶段的蒸发特性, 建立了有机凝胶喷雾液滴在胶凝剂膜形成、膨胀、破裂三个不同蒸发阶段的多组分蒸发模型, 采用初步选定的模型参数及物性参数对凝胶单液滴在高温气体环境中的蒸发全过程进行了仿真计算, 并与常规液体液滴的仿真结果进行了对比分析.结果表明,凝胶喷雾液滴表面胶凝剂含量在蒸发初期增加比较缓慢, 但在某临界时刻后的极短时间内迅速升高至形成胶凝剂膜的质量分数95%, 导致表面质量流率迅速下降至0,表面温度则快速上升至UDMH推进剂沸点.胶凝剂膜形成后, 液滴半径及表面UDMH蒸气质量分数出现了实验现象中凝胶液滴反复膨胀-破裂的震荡现象, 液滴表面温度维持在略高于沸点的某温度范围内,凝胶液滴内部的沸腾蒸发明显强于液体液滴表面稳态蒸发流率, 使得凝胶喷雾液滴生存时间小于常规液体液滴.     

高压工况下底排推进剂燃速的反向传播神经网络模型

 为了研究底排推进剂在火炮膛内随弹丸运动时的燃烧特性,采用密闭爆发器仿真实验技术,针对底排推进剂在膛内高压工况下的燃烧特性进行实验研究,获得了两种不同装填密度下平均压力随时间变化的关系,并对压力进行了全程热散失修正。采用多次平滑、滤波数据处理技术和发射药燃速处理方法,得到了燃速与压力（8~150 MPa）之间的关系。基于实验数据特征样本,建立并训练得到了底排推进剂高压工况下的反向传播（Back Propagation）神经网络燃速模型,该模型与传统的指数模型相比,具有拟合精度高和稳定性强的特点。     

20 cm氙离子推力器放电室性能优化

束流离子生产成本和推进剂利用率是表征离子推力器放电室性能的重要参数。在考虑不改变放电室几何结构、磁场分布并保持离子推力器比冲和效率的前提下,利用一维经验分析模型对兰州空间技术物理研究所研制的LIPS-200离子推力器放电室性能进行了优化分析,以实现推力器的推力从40 mN提高到60 mN的目标要求。分析结果表明,提高放电室推进剂流率至2.06 mg/s,放电室内放电电流维持在6.9 A,放电室内平均氙离子密度达到2.1671017 m-3时,可以保证引出1.2 A的束流,推力器达到60 mN的推力。与之对应的推进剂利用率为92%,束流离子生产成本约为188.515 W/A,相比推力40 mN时,推进剂利用率为88%、束流离子生产成本为188.29 W/A的情况,放电室性能有所提高。另外,放电室性能优化过程中其鞘层电位始终保持在3.80~6.65 eV范围内。     

没食子酸铋锆的制备、表征及其燃烧催化作用

以没食子酸、硝酸铋和硝酸氧锆为原料, 首次合成出了双金属有机盐——没食子酸铋锆, 采用有机元素分析、X射线荧光(XRF)光谱和傅里叶变换红外(FTIR)光谱对其进行了表征. 在程序升温条件下, 利用热重(TG)分析、差示扫描量热法(DSC)、固相原位反应池/FTIR 联用技术, 研究了没食子酸铋锆的热行为和热分解机理,描述了没食子酸铋锆的热分解过程, 分析得出其最终分解产物为Bi₂O₃、ZrO₂和C. 利用螺压工艺制备了含没食子酸铋锆的推进剂样品, 研究了没食子酸铋锆对双基(DB)推进剂燃烧性能的影响, 分析了其燃烧催化作用. 结果表明, 没食子酸铋锆对双基推进剂的燃烧具有良好的催化作用, 是一种高效的燃烧催化剂; 没食子酸铋锆热分解的最终产物是催化燃烧的主要物质, 锆和碳则起辅助催化的作用.     

以推进剂为燃料对炸药的快速烤燃试验

比较大型的导弹，在发射初期中，其火箭发动机有出现意外燃烧和爆炸事故的可能，这将会在导弹及其发射阵地周围形成火灾，对导弹战斗部炸药装药形成高温的烤燃环境，如果炸药被烤燃或被烤爆，将会造成较大的破坏。因此，研究高能炸药在高温作用下引爆的条件和规律，对于深入认识炸药起爆机理，安全使用炸药，提高武器系统的安全性和适应性具有重要的意义。     

高能推进剂的撞击损伤状态对其燃烧稳定的影响

以大型落锤为加载手段,对高能ＮＥＰＥ推进剂试样产生损伤。扫描电镜观察,基体材料破坏,而固体颗粒无明显变化。热分析试验表明,损伤对以硝酸酯为主的基体材料的热分解有影响。密闭爆发器试验显示,损伤对燃烧稳定有明显影响。     

含能液滴间相互作用对着火、燃烧过程的影响

在控制再生式液体发射药火炮燃烧稳定性的背景下，采用挂滴装置和高速摄影系统开展了 ＨＡＮ基液体发射药 ＬＰ１８４６液滴组内部相互作用对着火、燃烧过程影响的研究。观测了液满间相互作用对它们所经历的四个特征过程的影响。定量测试液滴组平均着火延迟期、着火温度等特性参数与环境温度和液滴中心间距的关系。实验发现:在一定条件下，液滴组将出现聚并现象。最后．建立了一个工程简化模型，理论计算与实验数据吻合较好。这个工作对控制燃烧稳定性和抑制压力振荡有一定的指导意义。     

铝颗粒在激波后气流作用下的点火

对铝颗粒在激波后气流作用下的点火进行了理论分析 ,用三个不同的判据得到铝颗粒点火的延时曲线并与实验进行了比较。理论分析结果表明 ,铝颗粒可以在远低于Al2 O3 的熔点被点火 ,甚至只要在铝的熔点时就被点火。提出的铝颗粒在温度达到铝的熔点且铝完全熔化时被点火这个判据在一些条件下与实验符合很好。如果铝颗粒表面的氧化层较厚 ,则点火温度为氧化铝的熔点。     

不可压缩和近乎不可压缩粘弹性问题的有限单元法

本文首先从Herrmann泛函出发,导出了不可压缩和近乎不可压缩粘弹性问题的新的本构关系,然后根据虚功原理建立了相应的有限元公式。最后编制了平面问题的有限元分析程序VFAPINP,并计算了实例。计算结果表明所介绍的分析方法和计算程序解决了泊松比趋近或等于0.5时粘弹性应力分析问题,特别适用于固体推进剂的应力分析。