基于CE/SE方法对模块装药点传火过程的数值模拟及特性研究

为了深入探究模块装药的点传火特性,设计了一种金属模块药筒进行了点传火试验并对试验过程进行了仿真分析,建立了试验条件下的内弹道气固二维两相流模型,采用CE/SE方法对其进行了编程求解,获得了膛内流场参数的变化特性,数值结果与实验结果吻合较好。数值结果揭示了点传火过程中传火管及主装药区压力分布的变化过程、气相的流动规律及其径向传播效应对模块主装药区发射药燃烧的影响;药筒尾部膜片的破裂会导致燃烧室内自由空间区域形成激波现象,对这一激波形成的原因进行了探讨,并对假设工况下的传火孔破孔的燃气射流过程进行了仿真,研究了破孔条件下主装药区的气相流动及升压规律。综合结果表明模块装药条件下传火管燃气的径向效应在整个点传火过程中较为明显,并且装药结构的特殊性易引发激波现象的产生。     

电爆阀用火工品输出燃气模拟装置设计及试验

针对某电爆阀研制需求,设计了电爆阀用火工品输出燃气模拟装置并开展了试验研究。结果表明,电爆阀用火工品输出燃气模拟装置设计合理,与电爆阀用火工品输出压力历程较为接近,可满足某电爆阀研制需要。     

井下火箭发射燃气对消音层冲蚀损伤模型及特性

井下火箭发射过程中消音层在发动机高温、高速燃气流作用下存在冲蚀损伤，会影响火箭发射安全，系统分析消音层燃气冲蚀损伤特性，对消音层的后期修复以及地下井结构优化具有重要意义。消音层冲蚀损伤是复杂的热-流体-固体多场耦合问题，以典型玻璃丝棉消音层为例，建立玻璃丝棉相变传热和烧蚀损伤数学模型；基于燃气流场数据提取与预处理、插值程序编写和有限元分析软件Abaqus用户子程序开发，搭建消音层燃气冲蚀损伤仿真平台，采用子模型技术，建立玻璃丝棉烧蚀数值仿真模型；对玻璃丝绵烧蚀过程进行仿真，并分析地下井井筒直径、燃气射流初始冲击高度及发动机建压速率3个因素对玻璃丝棉烧蚀损伤的影响；通过玻璃丝棉原理性冲蚀试验对数值仿真模型进行验证。结果表明：玻璃丝棉普遍发生烧蚀，且主要发生在回流和失稳阶段，沿地下井周向分布差异较小，沿轴向越靠近底部烧蚀越严重；减小井筒直径或增大建压速率将加剧烧蚀，增大冲击高度会减少烧蚀；试验结果显示玻璃丝棉都有一定的烧蚀，证明建立的仿真模型是正确的。     

传爆距离对传爆管输出威力影响的仿真研究

为分析不同传爆距离对传爆管轴向输出威力的影响,运用LS-DYNA分别仿真不同传爆距离下圆柱形传爆管、聚能凹穴结构传爆管爆炸威力钢凹试验、铝凹试验和铅板试验,得到了不同传爆距离下传爆管输出威力对应的钢凹深度、铝凹深度和铅板炸孔直径大小。结果表明:随着传爆距离的增大,两种结构传爆管轴向输出威力出现较大差异,聚能凹穴结构传爆管更适合远距离传爆,并且不同试验方法的仿真结果变化也不同。为提高传爆管轴向输出威力,在装配圆柱形传爆管时要严格控制轴向装配间隙,使其与战斗部装药尽可能紧密接触,而对于聚能凹穴结构的传爆管则不需要特别控制轴向装配间隙;相比于钢凹试验法和铅板试验法,铝凹试验法更适用于评定传爆距离不同时传爆管爆炸威力的差异。     

基于多孔介质的某大口径装药床点传火特性

为了深入研究主装药的装填密度对点火药燃气在药床内传播特性的影响,搭建了某大口径密实装药床点传火系统试验平台,试验拍摄记录了火焰序列图及部分测压点压力变化情况;采用多孔介质模型模拟药室内的颗粒药床,建立了与试验装置对应的点传火系统模型,对点火药燃气在颗粒药床中的流动过程进行数值模拟,将模拟计算结果与试验结果进行对比,验证...     

一种火工品子系统烤爆温度的仿真分析

烤爆温度是钝感火工品热安全性的重要标志,采用Ansys有限元模型对某火工品子系统的烤爆温度进行了仿真分析,分别计算了对流换热系数、初始温度、装药密度及药壳比等的影响;计算结果表明,对流换热系数、药壳比越大,初始温度越高,火工品子系统的烤爆温度越低;装药密度对火工品子系统烤爆温度的影响不显著,可以忽略不计;以上结果与相关文献、试验结果基本一致。     

双脉冲发动机Ⅱ脉冲点火瞬态工作特性研究

针对双脉冲发动机Ⅱ脉冲点火过程,基于Fluent流场仿真软件平台,建立了数学物理仿真模型,并编写了用户自定义函数(UDF)模拟动态点火具质量流率边界及装药燃烧加质过程。研究了隔层破开前、破开后及稳定建压3个阶段的流场瞬态特性,分析了隔层破开对内流场的影响。研究结果表明:点火初期,装药内孔压力传播速率较外孔快; 隔层破开前,燃气聚集并反向传播导致尾部压力上升速率反超头部; 破开后,燃气压缩低压气体产生压力冲击波,内流场剧烈振荡,对燃烧室不同位置造成一定影响,距级间孔越近,影响越大,反之则越小。     

大长径比中心炸管式抛撒定容阶段两相流模拟

针对中心炸管式抛撒系统的定容阶段点传火、抛撒药燃烧作用过程,建立了理论模型并对其进行了仿真计算。鉴于点传火管里无装药且长径比较大,建立了一维纯气相模型,针对燃烧室内抛撒药燃烧过程,建立二维轴对称两相流模型,并通过能量交换将二者耦合。采用CE/SE方法编制了内弹道计算程序并进行了仿真计算,仿真计算结果与试验结果基本一致,验证了该文所建立的数学模型及相应的数值方法的正确性。仿真结果分析表明:无装药且长径比大的点传火管点传火过程较慢,但点火一致性良好,能够均匀释放点火能量,保证燃烧室内火药燃烧过程平稳可靠。     

Al/KClO4点火药爆热测定的影响因素

为了对 Al/KClO4点火药的爆热进行更准确的测定,采用理论计算和实际测量,分析探讨了铝粉和高氯酸钾粒径及标准火药加入量对爆热测定的影响.结果表明:铝粉粒径是影响点火药爆热测定的内在因素,铝粉平均粒径越小点火药爆热值越高,平均粒径在为9.34μm 时该点火药剂爆热值最高为9 952 J/g,接近理论计算值;高氯酸钾粒径(0.07~0.14mm)对其爆热值影响较小;标准火药量是影响点火药爆热测试值的主要外在因素,其加入量为0.8g 时该点火药的爆热有极大值.     

小型电爆阀中火工品输出压力测试方法研究

根据小型电爆阀中火工品输出压力测试需求,设计了测压系统。针对测压系统存在动态响应不足的问题,采用动态校准及动态补偿方法,改善了测压系统的动态性能。试验结果表明,测压系统的动态性能指标满足要求,可满足小型电爆阀中火工品输出压力测试需要。     

液体火箭液氧贮箱增压与结构耦合分析

一部分增压气体带入的能量通过与壁面热交换传递给贮箱壁面,传热过程快慢与增压气体流场和贮箱结构密切相关,而贮箱增压计算与结构设计分开进行,造成设计过程繁琐且周期较长,因此贮箱增压与结构耦合分析对于贮箱的设计具有重要意义。从现有文献来看,研究人员主要采用零维整体模型与一维分层模型分析增压过程,但以上两种模型仍存在不能展示箱内物理量的径向及局部分布等缺点,造成增压计算与结构耦合分析难以开展,计算流体力学技术将弥补这方面的不足。本文基于VOF（Volume of Fluid）方法建立了液氧贮箱的二维轴对称非稳态模型,对贮箱增压过程进行了数值模拟,固壁区的传热采用热阻试算法计算,通过与贮箱遥测数据进行比对,验证了模型的正确性。模型计算得到了气枕压力、和贮箱壁面温度的变化规律,并对壁面厚度和温度、增压气体温度和流量及其之间的作用规律进行了优化分析,结果显示增压气体温度、流量、壁面温度与厚度有强烈的耦合关系,结论可为贮箱结构设计提供理论依据。     

分离螺母多种火药燃烧模型及影响因素

为准确预示反推式分离螺母各运动组件的分离行为,建立考虑多种火药燃烧、热散失、密封圈摩擦力、内部机构多阶段运动的数学模型。模型模拟得到的腔内压力等分离特性参量与实测值相吻合。与忽略热散失与密封圈摩擦力的模型预测结果相比,该模型对腔内压力等参量的预测结果更接近实测值,可避免腔内峰值压力33%、内套筒峰值速度47%的过预示。使用建立的模型分析装药量对分离特性的影响规律。分析结果表明：采用新模型可适当增加药盒装药量,大幅减少快燃速Al/KClO₄药量,有利于提高分离可靠性、降低分离冲击。     

柴油机循环模拟中耦合瞬态传热模型的研究

本文叙述了一个用于柴油机循环模拟研究的瞬态传热模型。其中缸内对流传热采用了紊流模型;辐射传热考虑了绝热火焰温度和平均气体温度的影响;燃烧室壁热传导采用了周期性瞬态热传导模型。该模型与柴油机热力循环模型相耦合,用于预测柴油机的周期性瞬态传热过程,包括瞬态对流传热系数、瞬态对流和辐射传热率以及燃烧室表面的温度波动现象。文中还介绍了该模型的应用情况。     

密闭爆发器实验过程中的热散失修正研究

针对密闭爆发器实验过程中压力迅速变化的特点,提出考虑压力因素的热流密度方程,建立密闭爆发器实验中内壁传热的一维半无限大传热模型,推导出实验过程中的传热表达式,并使用该模型对双芳-3(SF-3)、太根(TG)及含黑索今5%(TD-15)和含黑索今30%(TD-30)的三基发射药密闭爆发器实验结果进行了实例验证.结果显示该模型修正出的总热散失与理论值的误差在10%以内,对双芳-3发射药修正得到的燃速压力指数(0.9864)接近该发射药的期望值(1).     

基于火炮膛内气固两相流的热散失模型数值仿真

火炮发射过程中的热散失会影响内弹道性能。在数值仿真时由于直接计算热散失较为困难,通常采用对火药力或者燃气的绝热指数进行修正的方法,但该方法无法准确预测内弹道的性能。为此该文提出了一种基于气固两相流模型的热散失计算方法,从高温燃气与身管内壁的热交换出发,建立热散失模型,并将热散失模型与火炮膛内气固两相流模型耦合,热散失量将在气相能量守恒方程中的源项中考虑。以某155 mm火炮为研究对象,采用MacCormack差分格式求解修正后的气固两相流模型,获得膛内流场变化情况。求解得到的流场参量作为热散失模型和身管传热模型的输入参数,计算出内弹道过程中总热散失量以及身管径向温度分布规律。对给出的2种测试工况进行仿真计算,计算结果与实验结果的比较表明,考虑热散失时各指标误差明显减小,最大压力误差小于1.0%,初速误差小于0.5%。总热散失占火药燃烧后产生总能量的2%～4%。证明了该方法的可行性和优越性,有助于提高内弹道仿真的精度。     

高压差进气道流动仿真及实验研究

对柴油机高压差进气道内的流动展开研究.基于AVL软件包建立了高升功率柴油机高压差进气道仿真模型,该模型包含三维稳态分析与一维非定常分析模型,并对高压差进气道进行三维计算流体动力学(CFD)稳态分析,利用分析结果对一维非定常模型进行气门流通系数修正.根据修正的仿真模型进行高升功率柴油机高压差进气道改进设计,经高压差稳态试...     

固体火箭推进剂的模拟低温点火冲击试验加载方法研究

固体火箭推进剂低温下点火瞬间高速加载的耦合作用可能会导致推进剂结构发生破坏,针对此问题,利用推进剂中止熄火的原理,设计了一种中止压力可控模拟点火冲击试验装置,以点火药燃烧产生的燃气对推进剂进行模拟点火冲击。点火压力根据药室容积和点火药量之间的计算公式确定,中止压力通过爆破片破片压力控制。通过对点火冲击过程的压力与时间和升压速率与时间关系曲线分析,得知点火压力和点火方式对点火药燃气的升压速率影响较大。多次重复试验表明：该加载方法中止压力可控,压力偏差<±5%;弱点火时升压速率为2 000 MPa/s,强点火时升压速率达到5 000 MPa/s, 高于通常发动机点火的升压速率;可作为固体火箭推进剂模拟低温点火冲击的研究手段。     

水下无人航行器折叠气囊充气展开特性模拟研究

为深入了解水下航行器助浮折叠气囊的充气展开行为,对水下环形折叠气囊的充气展开特性进行相关研究。基于初始矩阵法,建立环形助浮折叠气囊的有限元模型。基于控制体积方法,采用有限元分析软件LS-DYNA进行折叠气囊的展开仿真计算。通过与地面展开试验的初步对比,验证气囊环向折叠建模方法的有效性。考虑不同水深带来的外部压力效应不同,进一步分析充气压力、充气管径、水深、环境热交换等设计参数对水下折叠气囊展开过程的影响。结果表明：气囊极限工作深度随充气压力的升高而线性增加;充气时间随充气管径的增加而减小;环境与展开系统的传热作用主要发生在气囊与环境之间,在气囊与气瓶充气平衡后进行,气囊完全展开的时间随着传热系数增加而减小。     

定容燃烧器法热损失率不确定度分析

定容燃烧器法是一种测试高压下固体推进剂燃速特性的方法。定容燃烧器法工作过程中散热损失是影响燃速测试精度的主要因素。推导了热损失率计算方程,分析了各因素对热损失率的影响;建立了热损失率测试结果的不确定度评定方法,并对测试结果进行了不确定度评定。研究表明,推进剂试样燃面、燃气定容比热、燃气压强、燃气温度是影响热损失率不确定度的主要因素,其中燃面是影响热损失率不确定度的最大因素;后续实验中必须提高推进剂试样尺寸加工精度,减小推进剂试样燃面误差。     

引射循环预冷回流低温贮箱流动与传热特性研究

运载火箭贮箱内部流动与传热特性与火箭息息相关,中国新一代运载火箭氧系统普遍采用引射循环预冷技术。介绍了低温动力系统引射循环预冷过程中低温贮箱内涉及到主要物理过程,采用基于自由界面追踪的VOF模型,研究了引射循环预冷回流低温贮箱内气液两相流动与传热特性。结果表明:地面状态循环回流气液两相流对贮箱内相分布、温度、压力和速度具有显著影响,并进一步讨论了引射循环预冷工程优化原则,为相关工程应用提供指导。