某型运载火箭发射流场数值模拟

为了更真实地反映发动机尾焰流场的特征,以某型运载火箭为例,对其流场数值进行模拟.运用计算流体力学方法,以3维双喷管发动机为模型,考虑尾焰工况为氢气、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气组成的混合气体,对运载火箭的发射流场进行模拟仿真,分析尾焰流的近场激波系结构和参数分布特征等.分析结果表明:混合气体情况下的流场各个参数分布和激波系结构与理论分析结果一致,地面上距离喷管中心1 m位置处受最大压力,大约为0.4 MPa,在两喷管中心温度最高,为2700℃,为后续相关实验测量提供了参考和理论依据.     

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。     

液氧/煤油发动机喷管内型面对尾焰特性影响

通过数值模拟研究了3种不同喷管内型面发动机的尾焰特性,将计算结果与某试验液氧/煤油发动机进行比较,分析喷管内型面对尾焰速度场、温度场和湍动能分布的影响。结果表明,采用数值仿真方法可以有效模拟出发动机尾焰的马赫盘和连续激波等基本结构、特性;相比于钟形喷管,锥形喷管和内型面为直线的喷管由于喷管扩张段内燃气存在非轴向流动,造成大量能量损失的同时引起了斜激波的产生,导致喷管出口膨胀更加剧烈、尾焰中连续激波更加明显。     

矩形喷管外尾焰红外辐射特性的数值计算

为了掌握矩形喷管外尾焰的红外辐射光谱特性和强度分布,建立了矩形喷管的几何模型,采用Fluent6. 3 软件对矩形喷管外三维流场进行数值模拟,得到尾焰流场的温度、压强和密度等数据,并根据尾焰的特点确立红外辐射核心计算区域。采用洛伦兹线型的统计窄带模型,求出尾焰在某一窄带的平均吸收系数;采用有限体积法求解了气体介质中辐射传输方程;计算得到了矩形喷管外尾焰的红外辐射光谱特性与在3 ~5 滋m 波段的总强度分布。结果表明:矩形喷管外尾焰为扁平状,其宽边对称面内的红外辐射强度大于窄边对称面内的红外辐射强度,并且尾焰辐射在2. 7 滋m 和4. 3 滋m 处出现了2 个辐射峰。     

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。     

固体火箭发动机尾焰注水流场对导流槽排导性能影响研究

为了研究固体火箭发动机尾焰注水流场对导流槽排导通畅性的影响,设计了火箭发动机和导流槽缩比模型并完成了发动机系留点火及注水试验。结果表明：向尾焰注水能够使流入导流槽内混合气体温度降低到原来的1/2,实现对导流槽的热防护;但大量的水蒸气生成并与燃气混合后进入导流槽,影响了导流槽的排导性能。为了解决该问题,建立了在Mixture多相流模型基础上的数值计算模型,在Mixture多相流模型中以源项形式添加液态水与燃气两相流作用过程中的质量和能量转移方程,通过与试验数据对比,验证计算模型具有较高的精度和可靠性,并进一步得出燃气流场和液体流场的相互作用和对导流槽的排导性能的影响。在此基础上分析了发动机喷管数量、导流型面曲线类型对导流槽排导通畅性的影响,为火箭发动机尾焰注水系统工程应用提供参考。     

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。     

飞行条件对导弹发动机尾焰流场的影响研究

应用FLUENT软件对导弹发动机的尾焰流场进行数值模拟。计算得到了尾焰流场的温度云图、轴向温度曲线以及径向温度曲线,并分析了飞行条件对尾焰流场的影响。结果表明,尾焰进入空气后会发生复燃,产生高温区,距离喷管出口的位置越远,径向高温区的半径越大;随着飞行高度的增加,流场的复燃程度降低,但高温区的轴向和径向半径逐渐变大;随着飞行速度的变大,流场的复燃程度降低,高温区的轴向和径向半径逐渐变小。研究结果可为导弹的目标识别或防护奠定基础。     

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。     

一种摆动喷管的流场和传热特性研究

针对某球窝式摆动喷管,采用两方程k-ε湍流模型,在摆动角度为0°和6°的情况下,对喷管内部流场进行三维数值计算;根据计算的流场,对喷管进行了传热数值模拟.分析了两种不同摆角对喷管内流场和热防护层的传热性能产生的影响.研究结果表明,该型喷管在小范围摆动时,喷管内流场变化较小,喷管入口处的流场发生偏转;喷管外壁面温度变化趋势基本保持一致,内壁面温度存在差异,喷管的热防护性能满足发动机的工作需求.     

多喷管运载火箭底部热环境研究

为深入研究多喷管运载火箭底部热环境特性,以芯级带四助推器火箭构型为模型,动力系统采用液氧煤油发动机系统,芯级底部安装2台,每个助推器安装1台。应用隐式密度基求解器求解耦合了SST-kω湍流模型的Navier-Stokes（N-S）方程,得到火箭上升过程中不同飞行工况下的全流场信息以及箭体底部对流热流。结果表明：箭体的外部流场会对底部热环境产生显著影响;随着飞行高度升高,底部壁面对流热流呈现先升高后降低的规律,在大约45 km达到最大值;喷流与自由来流相互作用的强度决定了高温气体对箭体底部的加热范围和热流大小。     

发射车调平过程支腿与轮胎载荷计算方法研究

发射车调平是机动快速发射的关键技术之一,直接影响导弹发射准备时间。调平过程中支腿的载荷是支腿设计和调平策略制定的重要依据。根据发射车支腿调平过程的工作原理,通过理论分析,提出了一种利用悬架载荷传递特性和油气弹簧、轮胎刚度特性,计算悬架和轮胎总刚度,再根据力学平衡方程得到轮胎和支腿载荷的方法。利用Matlab编制了相应的计算程序,计算结果与多体动力学仿真结果误差在2%以内,验证了理论计算方法的正确性。     

内装式空射运载火箭与载机分离研究

为了比较内装式空射运载火箭前向发射和后向发射的性能,在定性分析内装式运载火箭与载机分离过程的基础上,建立了内装式空射运载火箭采用前向发射和后向发射时的分离过程数学模型.其中运载火箭的数学模型是刚体运动模型,稳定伞的模型是质点模型,而伞绳的模型是弹簧阻尼系统模型.以此数学模型为基础,对两种发射方式的分离过程进行了仿真计算.结果表明,内装式空射运载火箭采用前向发射方式比采用后向发射方式具有较大的性能优势,但运载火箭的姿态控制是前向发射的技术难点.     

载人运载火箭最大化利用有限遥测容量的方法研究

CZ-2F运载火箭是中国唯一的载人运载火箭型号,在遥测系统领域具有特别的要求.随着日新月异的科技发展和技术进步,载人火箭对测量的精细化,飞行判定的准确性的需求不断提高.通过分析总结载人运载火箭在遥测系统领域需求特点,结合相关领域的技术发展变化,提出了适合中国载人运载火箭在有限遥测容量下,利用多种路径实现资源利用的最大化...     

水下航行体超声速射流与尾空泡耦合作用初期的流场特性

针对航行体水下垂直发射过程,利用固体火箭发动机在尾空泡内点火实现有控运动,是保证复杂因素干扰下航行体弹道稳定的重要手段。基于流体体积模型、标准k-ε湍流模型和动网格技术,通过求解雷诺时均Navier-Stokes方程,获得超声速射流与尾空泡耦合作用初期的流场特性及其演化规律。结果表明：航行体出筒后形成的半椭球状附体尾空泡,在超声速射流作用下逐渐演变成葫芦状,其内部流动受到破坏后进行重构,没有形成回射流现象;超声速射流完全受限在尾空泡内发展,射流流动主要位于径向尺寸和喷管出口直径相当的核心区内,在射流卷吸作用和空泡界面影响下,尾空泡内相继出现了一次涡环和二次涡环结构;航行体尾部与筒口中心位置压力呈现宽幅振荡特征,最大振幅约为发射水深压力的1.2倍,致使射流结构和航行体受到的实际总推力出现大幅度振荡变化。     

重型运载火箭及其应用探讨

提出中国重型运载火箭发展原则,根据这些原则,进行重型运载火箭构型分析,初步确定了火箭的直径以及发动机的推力量级,形成了基于大推力液氧煤油发动机和基于大推力固体助推器的两种重型运载火箭总体技术方案,并对重型运载火箭的关键技术进行了梳理.结合重型运载火箭的特点对未来的潜在应用需求进行了分析,结果表明重型运载火箭对于提升中国...     

某型运载火箭一子级动力系统试验尾流辐射场的数值模拟

采用计算流体力学（CFD）技术,对某型运载火箭动力系统试验时尾流辐射场进行了数值模拟。计算采用氢氧单步燃烧反应模型,标准k-ε湍流模型获得燃烧流场,同时利用P1辐射模型法考虑热辐射的影响,并引入灰气体加权模型确定气体介质的辐射特性。仿真结果同试验结果进行了对比分析,结果表明,箭体底部的换热方式以辐射换热为主,P1辐射模型可以有效地预测火箭发动机尾流辐射场。     

膨胀波火炮两相流内弹道性能分析与数值模拟

根据膨胀波火炮(RAVEN)系统的发射机理及结构特点,采用两相流理论,建立发射过程中计及膛内气固两相相间作用及后喷装置动态打开过程的两相流内弹道模型,给出了相应的数值求解方法。通过对RAVEN内弹道过程的求解分析与实验比对,得到了发射过程中,膛内火药燃烧及燃气流动状态的变化规律,给出了后喷装置引入所产生的有别于传统闭膛火炮系统的膛内流动现象,验证了RAVEN内弹道两相流模型的正确性。通过数值求解计算可得到:1)RAVEN系统在不影响炮口动能的前提下后坐冲量减小53.04%,身管热量降低50.42%;2)后喷打开时机越早,减小系统后坐,降低身管热量的能力越强;3)喷管截面参数的变化对减小系统后坐、降低身管热量能力的影响很小。     

火箭摄像装置视场有效性仿真分析方法

为满足运载火箭测量系统对火箭各部段分离进行可视化拍摄的需求,提出一种运载火箭摄像装置视场有 效性仿真分析方法。以某型运载火箭发射任务为背景,针对不同的发射窗口,对火箭飞行全过程中摄像装置视场出 现太阳的时段进行统计,并对摄像装置的拍摄任务开展摄像装置视场有效性分析。结果表明：该方法可以为发射窗 口的制定提供依据,在不影响发射任务的前提下最大程度地保障摄像装置的视场有效性,具有较强的工程应用价值。