火箭发动机尾焰红外辐射特性的数值模拟

建立火箭发动机尾焰红外辐射传输的有限体积离散模型,采用逐线积分方法计算气体光谱吸收系数,计算不同组分的尾焰红外辐射特性,得到组分分布对液体火箭发动机尾焰红外辐射特性的影响规律.     

液体火箭发动机尾焰红外辐射计算方法

针对液体火箭发动机尾焰红外辐射传输方程计算方法、气体辐射参数计算方法以及发动机尾焰红外辐射一体化数值计算研究进行归纳总结。提出发展适用性更广的尾焰红外辐射传输方程计算方法,建立气体光谱数据库及加快开展高精度的尾焰一体化计算研究。     

偏二甲肼/四氧化二氮火箭发动机尾焰流场特性三维仿真研究

以偏二甲肼/四氧化二氮（UDMH/NTO）火箭发动机为研究对象,采用κ-ε湍流模型,运用PISO算法分别对发动机内流-场和尾焰流场进行三维仿真。采用相同方法计算液氢/液氧（LH2/LOX）火箭发动机尾焰,仿真结果和试验结果吻合得较好,证明了计算模型的正确性与有效性;同时对比分析了UDMH/NTO发动机与LH2/LOX发动机尾焰流场特性。结果表明,两者具有相似的温度和马赫数变化趋势,但是UDMH/NTO发动机尾焰核心区温度相对较低,而LH2/LOX发动机尾焰将更快衰减至亚声速射流。     

弹道导弹主动段红外成像特征仿真分析

为降低低轨导弹预警卫星的虚警概率,文中在分析弹道导弹主动段红外辐射特征的基础上,通过建立尾焰的几何特征模型和红外特征模型来描述导弹主动段的红外成像特征,并运用模型计算尾焰的红外辐射分布,构建了导弹尾焰的仿真图像,仿真图像能够准确反映导弹尾焰的红外图像真实情况,为有效识别导弹,提高导弹预警的准确性提供重要参考.     

液体火箭发动机喷管燃气外流场红外图像研究

针对液体火箭发动机燃烧状态监测,采用基于Matlab平台开发的红外图像特征参数计算程序进行分析。通过Canny算子和边缘模式算法对燃气红外图像进行边缘检测、连接,利用选取特定区域的燃气面积、周长、灰度熵及第1马赫盘位置等特征参数来监测发动机燃烧状态,最后提出一种图像特征参数对燃烧工况的识别方法,为发动机燃烧状态监测提供新的测量手段和思路。     

再生冷却氢氧推力室传热计算方法研究与优化

推力室传热计算对液体火箭发动机的研制非常关键,然而传统的再生冷却传热计算模型在针对氢氧火箭发动机时存在较大的误差。通过对推力室燃烧与流动过程的分析,并结合部件传热试验数据,考虑到雾化蒸发过程、燃气雷诺数大小以及普朗特数拟合公式计算偏差等因素的影响,提出改进的再生冷却传热计算模型。分别使用这两种模型对某型氢氧发动机推力室在不同工况下的传热过程开展计算,并与试车试验结果进行对比,发现改进的再生冷却传热模型具有更高的计算准确度和更好的针对不同工况的适用性。     

小推力姿控轨控火箭发动机材料技术研究现状

概述了国内外小推力姿控轨控液体火箭发动机新材料的研究和应用进展.姿控轨控液体火箭发动机推力室已从高性能铌/硅化物材料体系向复合材料推力室技术发展,研制耐高温性能更好的新型材料体系和高温抗氧化涂层以及将他们应用于推力室身部的工艺研究是提高姿控轨控液体火箭发动机技术水平的有效途径.     

复燃对氢氧火箭发动机尾焰流场及辐射特性影响数值研究

为深入研究复燃对氢氧火箭发动机尾焰流场及辐射特性的影响,以氢氧发动机喉部截面参数为入口条件,采用耦合Realizable k-ε湍流模型的三维N-S方程,考虑尾焰复燃反应影响,利用PISO算法求解得到尾焰流场参数。在此基础上,通过气体辐射传输方程和大气透过率计算模型SLG对尾焰辐射特性进行计算,对比复燃反应对尾焰流场及其辐射特性的影响。结果表明,复燃反应对氢氧发动机尾焰流场计算影响较大,使温度场以及燃烧产物的质量分数大幅增加,从而导致尾焰的辐射特性增强,因而在氢氧发动机尾焰流场和辐射计算中,考虑复燃反应是极为必要的。     

双机并联氢氧火箭发动机尾焰流场特性三维数值仿真研究

以氢氧火箭发动机为模型,采用耦合可实现k-ε湍流模型的N-S方程,对发动机在地面发射阶段双机并联工作状态下的尾焰流场进行数值仿真研究,得到尾焰流场的各项参数分布及其变化规律,与理论分析结果对比,证明了算法的有效性和正确性,为开展多台发动机并联工作下尾焰的撞击和辐射特性等研究奠定了基础。     

多喷管液体火箭动力系统尾焰辐射特性研究

为研究多喷管液体火箭动力系统尾焰辐射特性,以液氢/液氧和液氧/煤油发动机组成的多喷管动力系统为模型,采用CFD技术对尾焰流场进行计算,利用气体辐射传输方程和大气透过率计算模型对尾焰辐射特性进行计算,结果表明:复燃反应主要发生在尾焰的边界与空气掺混区域,导致尾焰的辐射特性增强;随着飞行高度及观测角的增加,尾焰辐射特性逐渐增强;可视化计算可以有效捕捉到尾焰流场的结构。     

数值模拟液体火箭尾焰流场和红外辐射特性

为了研究液体火箭尾焰的流场及红外辐射特性,建立了一个相对完整的计算模型,分别使用FLUENT软件和有限体积法(FVM)计算尾焰流场和红外辐射特性,然后使用通用大气辐射传输(CART)软件计算大气透过率,并验证了模型的正确性。利用此模型研究了典型条件下火箭尾焰的流场及红外辐射特性。结果表明,尾焰在垂直于轴线方向的辐射强度最大,并集中在2.5’3.0μm和4.2’4.7μm两个波段,在10km高空大气对2.6’2.9μm和4.1’4.6μm两个波段的辐射吸收较强。     

SRM羽焰图像的检测与参数预估

应用基于VC .NET开发环境自行开发的红外图像识别系统对固体火箭发动机排气羽焰图像进行了数字图像处理,实现了固体火箭发动机排气羽焰的分析.将数字图像处理技术引入到固体火箭发动机地面试车试验中,为固体火箭发动机排气羽焰的分析与参数辨识提供了一种新的、比较有效的方法,对火焰的基本参数,如火焰量值、长宽比、均值对比度、亮度最大像素点、复杂度等参数进行了计算处理,得到了较好的结果,达到了分析与识别的目的.     

液氧/甲烷发动机推力室再生冷却耦合传热数值研究

为了解液氧/甲烷火箭发动机推力室再生冷却的换热特点,采用数值模拟的方法,对液体火箭发动机推力室身部燃气与室壁间的对流、辐射换热以及通过室壁的导热、冷却剂与冷却通道间的对流换热进行了三维耦合数值计算.在计算中,假定推力室内流动为冻结流动,考虑了跨临界甲烷物性随温度和压力的变化.针对某甲烷再生冷却推力室进行CFD计算,计算结果与实验数据吻合较好.     

固体火箭尾焰雷达散射截面数值计算

固体火箭含铝复合推进剂含有较多的碱金属杂质,铝与碱金属在推进剂的燃烧过程中发生电离,燃气中存在较多的自由电子,经喷管喷出,形成等离子体尾焰,严重干扰测控信号与箭体之间的信号传输,以4种工况的固体火箭发动机尾焰流场计算结果为基础,建立了尾焰等离子体模型,使用矩量法计算当测控信号电磁波频率小于尾焰等离子体振荡频率时,对应4种工况的火箭雷达散射截面,分析了固体火箭尾焰对不同频率测控信号的干扰影响。结果表明:尾焰的存在增加了目标雷达散射截面,干扰了测控信号的有效传输;随着测控信号电磁波频率的增加,干扰作用减小;随着Al2O3含量增加,干扰作用增加;高空环境相比地面环境,干扰作用减小。     

碳纤维增强复合材料在国外液体火箭发动机上的应用

简要介绍了碳纤维增强复合材料在国外液体火箭发动机上的应用。碳纤维增强复合材料在火箭发动机上主要用作推力室喷管材料，一是用作固定的喷管延伸段，二是用作可移动的喷管延伸段(可延伸喷管)。除此之外，小推力室也可整体用这种材料制造。     

固体火箭发动机羽焰温度流场测试研究

讨论固体火箭发动机羽焰温度场的特点及测试方法,简要论述了热电偶法的缺点,重点论述红外测温法测试发动机羽焰温度场的可行性及关键技术问题的解决方法。文中针对红外测温法的难点问题,明确提出了发动机羽焰发射率的测试方法及羽焰三维温度场重构的方法,并指出红外测温技术是羽焰测温的发展趋势之一。     

液体火箭发动机喷注器不规则性的计算机模拟

本文提出了分析液体火箭发动机燃烧室中的三维两相反应流体的计算机模型。设计该模型是为了研究液体推进剂喷注的非均匀性对燃烧室中流态、燃烧和传热的影响。使用了用以描述多分散喷雾流动、蒸发和燃烧的欧拉-拉格朗日方法。考虑了相与相之间的偶合效应。利用了非正交的附体坐标系和守恒控制体公式。本文使用了 K-ε湍流模型、两步化学反应模型和六向辐射模型。利用半经验模型来描述化学反应速率及相与相之间的偶合项。本文旨在证实利用分析方法来预示在火箭发动机燃烧室中推进剂喷注的非均匀性对燃烧及传热的影响。结果说明该模型有希望应用于液体推进剂火箭发动机的综合模型。     

缩比火箭发动机尾焰等离子特性研究

为研究缩比火箭发动机尾焰等离子体特性，分析尾焰弱电离气体流场结构与电磁特性的相关性，基于被动自发光谱与朗缪尔探针开展试验研究，重点给出缩比火箭发动机紫外到近红外波段自发光谱，尾焰离子、电子密度和电导率的时域、频域以及空间概率分布特性。被动自发光谱试验结果表明火箭发动机尾焰流场自发辐射光谱存在588nm、619nm、669nm、765nm的光谱特征峰，分别对应Na、Fe、Al、C元素。其中碱金属Na、Fe、Al元素对电导率有突出贡献，Na元素主要来自于大气中的含盐组分，Fe和Al碱金属元素可能来源于推进剂燃烧或者合金结构材料；朗缪尔双探针和三探针试验结果表明，朗缪尔双探针测量电导率与计算电导率数量级相同，约为10^-4～10^-3S/m，朗缪尔三探针测量电导率低于计算电导率数量级，约为10^-5～10^-4S/m；沿发动机轴向，两种探针的电导率均呈指数规律衰减且离子密度概率密度空间分布存在显著差异；探针电流频谱存在50Hz低频主峰和2000Hz、20000Hz高频主峰。     

消焰剂对硝胺推进剂性能的影响

采用外加方式在造粒浇铸工艺推进剂中添加了四种传统消焰剂(LiF、KA、C4O6H4K2和KD),研究了消焰剂对推进剂燃烧性能和特征信号的影响。通过发动机实验研究发现,消焰剂KA和KD可以有效抑制推进剂的二次燃烧,发动机喷焰面积减少80%以上,推进剂的燃速随其含量的增加而增加;测试特征信号结果发现粒铸推进剂的红外和可见光透过率稍有降低、激光透过率增加。     

应用时域有限差分法分析火箭尾焰对测控信号的影响

建立了基于时域有限差分法的火箭尾焰对测控信号衰减影响研究模型,采用时域有限差分法计算并分析了火箭尾焰对测控信号衰减影响,得到了测控信号入射火箭尾焰时功率分布与衰减特性。