影响固体火箭发动机推力偏心特性的误差源研究

为了找出产生火箭发动机推力偏心的主要误差源,利用六分力推力偏心测试系统对装药初温,喷喉误差,喷管内型面缺陷等影响推力偏心的情况进行了试验研究。研究结果表明：装药初温,喷喉形状尺寸误差,多喷管安装误差,喷管内型面缺陷等都对推力偏心有较大影响,获得了对固体火箭发动机设计与制造非常有参考价值的试验结果。     

当量比对圆盘结构下旋转爆震波传播的影响

为研究反应物当量比对旋转爆震波传播过程的影响,在圆盘形旋转爆震发动机上进行H₂/air的旋转爆震实验研究,并统计分析了当量比对爆震波传播模态及参数的影响规律.实验结果表明,固定质量流率,同一种传播模态下,随着当量比的增大,爆震波的压力峰值及传播速度增大,且旋转爆震波的传播过程更加稳定.不同质量流率条件下,当量比对传播模态的影响规律不同.空气质量流率小于100 g/s时,旋转爆震波皆以单波模态传播.空气质量流率大于150 g/s时,随着当量比的增大,旋转爆震波的传播模态由单波模态向双波模态转变,再转变为不对称双波模态,最后又回到单波模态.并且在不对称双波模态中发现了低频振荡现象,振荡频率约为300 Hz.质量流率继续增大,燃烧室中发现了同向三波传播模态.随着质量流率的增加,双波模态的当量比下限降低,不对称双波模态的当量比上限增大,而双波与不对称双波模态的分界线受质量流率的影响较小.      

当量比对汽油燃料两相旋转爆轰发动机工作特性影响实验研究

为了研究当量比对汽油燃料两相旋转爆轰发动机工作特性的影响,开展了以高总温空气为氧化剂的气液两相旋转爆轰实验研究。旋转爆轰发动机环形燃烧室外径、内径和长度分别为202、166和155 mm。汽油和高温空气采用高压雾化喷嘴与环缝对撞喷注的方式混合,以此提高推进剂的掺混效果与活性,采用预爆轰管作为点火装置。实验通过改变汽油质量流量改变推进剂当量比,并基于燃烧室内测得的高频动态压力和平均静压,对气液两相旋转爆轰波的传播模态和传播特性以及发动机的工作特性进行了详细分析。实验结果表明:在当量比为0.79～1.25时,燃烧室内均实现了旋转爆轰波的连续自持传播,且随着当量比的增加,爆轰波传播模态从双波对撞/单波的混合模态转变为单波模态;降低当量比至0.61～0.66,爆轰波传播稳定性变差,传播模态表现为间断爆轰以及零星爆轰;进一步降低当量比至0.53,爆轰波起爆失败。此外,燃烧室平均绝对压力与爆轰波平均传播频率均随着当量比的增加呈先增大后减小的趋势,极大值出现在当量比1.19附近。在此工况下获得了最佳实验结果,旋转爆轰波的平均传播频率为1 900.9 Hz,平均传播速度为1 110.8 m/s,与高频压力信号经快速傅里叶变换得到的主频基本一致,爆轰波传播速度存在严重亏损。     

刚性源项处理方法在爆震模拟中的应用对比

为解决爆震燃烧模拟中出现的刚性问题,对处理刚性源项问题常见的一步法、逼近法、拟稳态逼近法(α qusai steady state, αQSS)和点隐方法进行对比,从稳定性等方面分析源项处理方法应满足的时间步长要求,并探索各方法之间的联系以及适应化学反应特征变化的能力,进一步通过球头激波诱导燃烧算例比较每种方法的计算效率。理论分析和数值计算表明:一步法在积分刚性源项时,积分步长需小于或等于2倍最短反应特征时间,而逼近法、αQSS法和点隐方法对时间步长取值没有影响;αQSS法可根据化学反应特征的变化自动调整α值和时间步长,适用范围较广,而一步法和逼近法则是αQSS方法的特例。点隐等隐式方法在求解数学意义上的刚性问题时稳定性很好,但计算效率较低。相比而言,αQSS法在计算稳定性和适应化学反应变化方面都具有良好的性能,且针对激波诱导燃烧算例,αQSS法消耗的CPU时间仅为点隐方法的一半,是处理刚性源项较好的选择。     

推力矢量燃气舵三维气-固两相流的数值分析

该文采用高雷诺数下的RNGκ-ε湍流模型和欧拉-拉格朗日两相流模型,分析了推力矢量发动机燃气舵气-固两相绕流流动,模拟了燃气舵表面的温度、压力等参数的分布,得到了燃气舵升力和阻力随舵偏角的变化曲线。将模拟结果与纯气相状态下燃气舵的数值仿真结果进行比较,结果表明：与纯气相相比,当舵偏角小于25°时,含固体颗粒的两相流的升力增大,阻力没有变化;舵偏角大于25°时,两相流的升力和阻力均小于纯气相流。研究还表明,颗粒的加入对燃气舵表面的压力场影响不大,但对温度场影响较大,造成燃气舵整体温度升高。     

超音速等离子体炬的磁流体动力学数值研究

针对设计的喉径2mm、工作电流为100A的拉瓦尔喷嘴,在二维轴对称模型的基础上,对超音速等离子体炬中的流动及其外部射流进行了数值模拟。通过在阳极喷嘴内部采用基于磁矢量势的磁流体动力学模型,避免了对磁感应强度的复杂积分计算,得到了喷嘴内部多场耦合的结果及外部射流的流动状态,分析了喷嘴内部电磁场对等离子体的加速作用及射流发展过程。结果显示,等离子体经历了亚音速→跨音速→超音速的发展过程,最终获得2.3 Ma的超音速射流。研究结果为超音速等离子体炬的工业应用提供了理论基础。     

弧形翼-身组合体绕流流场数值模拟及实验研究

为了研究标准技术协作计划(TTCP)弧形翼-身组合体的空气动力学特性,对其在超声速下的三维绕流流场进行了数值模拟.应用雷诺应力湍流模型和平流迎风劈裂法离散格式,对弧形翼-身组合体在Ma∈[2.0,5.5]范围内的超声速绕流流场结构进行了分析.计算分析了弧形翼-身组合体的各气动力系数随马赫数、攻角的变化规律.阐述了弧形翼在零攻角状态下产生自诱导滚转力矩的机理.利用超声速风洞进行了标准TTCP弧形翼-身组合体在Ma=3.0条件下的吹风实验.实验结果与数值模拟结果的计算误差小于10％,验证了所采用数值模拟方法的可信度.     

弹箭动静不平衡度数字仿真方法

该文研究了引起弹箭动静不平衡的误差来源以及对散布的影响，主要讨论了加工误差和装配误差。同时，建立了数学模型，推导出计算动不平衡的数学公式。由于误差是随机的，所以把符合给定公差范围的误差作为随机变量，通过严格的统计检验确定了它的分布规律，然后应用蒙特卡罗法进行数字仿真，编制出相应的程序，并计算出结果。理论计算结果与试验数据吻合良好。在数学模型的建立上，思路开阔，具有一定的实用性。     

单室多推力轮孔装药设计方法

该文针对提高火箭密集度及装填密度的要求，设计了双辐条轮孔装药药型。根据装药几何形状，导出了在火箭发动机工作过程中燃烧面积及通道截面积变化规律的计算公式。根据装药工艺及推力方案设计要求，提出了双辐条轮了孔装药设计方法。利用该文提出的装药药型及数学模型进行火箭发动机装药设计，不但能够有效地提高中小型火箭发动机的装填密度，而且还能够根据弹道设计要求，获得多种推力方案。     

冲压增程炮弹补燃室内铝镁推进剂燃烧流场数值模拟

为研究镁对补燃室内燃烧的影响,利用概率密度函数模型和颗粒轨道模型,对冲压增程炮弹补燃室铝镁推进剂的二次燃烧流场进行了三维数值模拟。铝颗粒的燃烧采用蒸发扩散模型进行控制,湍流模型采用标准k-ε两方程模型。考虑镁质量分数、铝颗粒直径的影响,得出了产物组成、温度等发动机参数的变化趋势。结果表明:冲压增程炮弹补燃室头部有两处扩散火焰峰面,然后在补燃室中部混合成为一个火焰;随着镁质量分数由0%增加到15%,铝颗粒的燃烧效率由15%提高至35%;在镁质量分数相同的情况下,随着铝颗粒直径的增大,铝颗粒的燃烧效率减小。