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。     

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。     

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。     

某型运载火箭单喷管轴对称模型数值模拟

为了研究某型运载火箭发射流场的特征,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)技术对某型运载火箭飞行5 m工位下的流场进行数值模拟.以3维单喷管发动机为模型,选用标准k-ε湍流模型,同时考虑混合气体,获得发动机尾焰流场,分析尾焰波系结构随时间的变化.计算结果表明:单喷管轴对称模型下的流场各个参数分布、激波系结构与理论分析结果一致,可为后续相关实验测量提供参考和理论依据.     

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.     

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。     

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。     

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。     

某型液体火箭发动机喷注参数与尾焰红外图像特征研究

为了通过某型液体火箭发动机尾焰红外特征监测推力室喷嘴雾化状态,采用多学科仿真技术,耦合蒸发、燃烧和传热过程,建立了三维非稳态推力室蒸发-燃烧-尾焰场一体化仿真模型;采用尾焰图像识别方法,开展液体火箭发动机喷注参数与尾焰红外图像特征之间关系的研究。对比热试车尾焰红外图像特性表明,仿真模拟结果准确可靠。     

固体火箭发动机尾焰注水流场实验研究

为了减弱发动机燃气射流对发射装置的冲击和烧蚀作用,对固体火箭发动机尾焰的注水流场开展了实验研究。通过高速摄影和红外热像仪两种非接触式测量设备对无注水和注水两种状态下的流场进行了对比拍摄。对两种状态下的流型和温度场分布进行了对比分析和研究,得出了通过注水方式可以减少核心区长度和面积从而达到降低热冲击烧蚀效应的结论。