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。     

聚乙烯在高速冲压推进动能弹中的燃烧特性数值模拟

为了研究聚乙烯在高速冲压推进动能弹中的燃烧特性,进行了高速冲压推进动能弹全弹一体化流场的数值模拟研究,分析了冲压发动机工作和非工作时流动特性差异,以及冲压发动机工作时聚乙烯的燃烧和推进特性。结果表明,冲压发动机工作时,燃烧室内压力均匀,中心轴线平均压力约为2.1MPa。随着轴向距离x的增大,火焰锋面先靠近固体燃料表面后逐渐远离。在再附着点之前,随着轴向距离x的增大,固体燃料的表面温度与燃面退移速率均持续增大,在再附着点附近达到最大值,然后不断减小。在本研究设计的气动构型下,高速冲压推进动能弹产生的额定推力、净推力分别为250N和76N,基于燃料的比冲为10593m·s~(-1)。     

临近空间高超声速巡航飞行器红外特征

针对现有天基红外预警卫星对临近空间高超声速巡航飞行器的可探测性分析和未来天基红外预警卫星规划建设对临近空间高超声速巡航飞行器的光学特征数据需求,采用高超声速空气动力学、燃烧学、传热学、气体辐射理论等相结合的计算分析方法,研究类X-51A高超声速巡航飞行器在典型飞行状态下的流场参数、本体温度、红外辐射光谱及红外辐射亮度和红外辐射强度。结果表明：类X-51A高超声速巡航飞行器辐射特征受飞行时间及弹道影响,本体红外辐射受气动加热影响明显,以航空煤油为燃料的飞行器喷焰红外辐射以CO₂、H₂O、CO的1.52 μm、2.68 μm、 4.39 μm辐射带特征最为显著;在包含CO₂、H₂O、CO分子强特征辐射谱的窄带总辐射中,喷焰辐射是主要贡献,而在非喷焰特征辐射谱带内的总辐射中,飞行器本体辐射占主导。     

用于混合冲压发动机的固体燃料燃烧特性

使用固体燃料和液体燃料两种燃料的混合冲压发动机, 可望兼具固体燃料冲压发动机2次燃烧点火性/燃烧稳定性良好的特征和液体燃料冲压发动机比冲(Isp)性能高、 流量控制范围大的特征.针对混合冲压发动机用固体燃料, 试制了在适用的物质中添加硼(B)的固体燃料, 使用小型冲压发动机实施了仅用固体燃料状态的燃烧试验.试验结果显示, 1次燃烧特性和2次燃烧点火性能良好, 并利用改变空气导入方法提高了2次燃烧效率.     

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。     

简讯

日本超燃冲压发动机飞行试验失败2006年3月30日,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)委托澳大利亚昆士兰大学在澳大利亚南部伍麦拉火箭发射中心进行了第2次超燃冲压发动机飞行试验。此次飞行试验目的是收集超燃冲压发动机性能数据,以验证装有经改进的纵涡导入型燃料喷嘴的发动机燃烧室的性能,并了解它在实际飞行环境下内部的压力分布、温度变化。长为0.9 m、质量为100 kg的超燃冲压发动机燃烧室装载在一枚HyShot探空火箭顶部,随火箭上升到约290 km的高空,比原定高度低30 km。在火箭下落过程中,其速度接近8倍音速,在这种环境下对燃烧室进行了…     

液体冲压发动机的燃烧研究

为阐明液体冲压发动机的推力特性,对这种发动机的理论燃烧性能进行了研究,并与火箭冲压组合发动机进行了比较。在相同的燃料流量下,液体冲压发动机的比冲约为火箭冲压组合发动机的2倍。尤其使用JP-10等高密度燃料时,密度比冲也显示出优越性能。但研究发现,液体冲压发动机的燃烧效率和喷管流动效率受自大气中引入的空气流量影响较大。为取得较高的比冲,液体冲压发动机的空气流量远大于火箭冲压组合发动机的,进气口的性能对发动机性能的影响很大。为探讨液体冲压发动机的燃烧性能,试制了燃烧室内径为150mm的小型液体冲压发动机,进行了直连式燃烧试验。试制发动机在空燃比为50～140范围内稳定点火、燃烧,用C表征的燃烧效率达到90％以上。     

喷嘴特性对水冲压发动机性能的影响

为研究燃烧室喷嘴特性对两次进水水冲压发动机比冲性能的影响规律,建立了发动机补燃室两相反应模型,通过地面直连试验验证了模型的合理性;对不同一次喷嘴雾化锥角、喷射速度下的镁基水冲压发动机内部燃烧组织进行了数值模拟,结果表明,一次喷嘴雾化锥角在110°附近时,发动机比冲效率最优;一次喷嘴喷射速度在38.4～50 m/s时,发动机比冲效率最优.     

超燃冲压发动机燃烧室内的煤油燃烧特性

为探讨超燃冲压发动机的稳定燃烧问题,以煤油作燃料,利用单独喷射煤油、两相喷射煤油与氮气和将煤油气化后喷射的三种喷射方法,研究了煤油在超燃冲压发动机燃烧室内的燃烧特性.最后,介绍了试验方法及其结果.     

目标试验将加快超燃冲压发动机的开发

图 1　超燃冲压发动机以Ｍａ=4.5和 6 .5进行试验　　普惠公司和美国空军在自由射流试验中成功地以高超声速试验了碳氢燃料整体式超燃冲压发动机 ,试验证实该发动机具有预测的净推力。据美国空军官员称 ,这轮试验是根据美国空军高超声速技术计划进行的 ,这是首次没有采用高能燃料添加剂的碳氢燃料冲压发动机在工作条件下成功的运行。先前的超燃冲压发动机一般采用氢燃料 ,可进行数秒的超声速燃烧。美国空军对碳氢燃料体系表示出强烈的兴趣 ,因为碳氢燃料体系的后勤支持将更容易。据美国空军的一名官员称 ,采用碳氢燃料可使发动机的配置更方…     

TNT爆炸电磁辐射信号测量及分析

为了提高爆炸场电子设备抗电磁干扰能力,对炸药爆炸产生的电磁辐射特性进行研究,设计一套基于超宽带无源全向天线和短波无源全向天线的电磁辐射测量装置,设置8个测试点进行60 kg TNT爆炸产生的电磁辐射测量实验和数据分析。结果表明,炸药爆炸产生的电磁辐射可持续至爆炸后600 ms,爆炸产生的电磁辐射信号最强烈的时段为爆炸后80~110 ms,爆炸产生的电磁辐射信号频率主要集中在100 MHz以下,其中50 MHz以下的低频段能量分布最为明显,爆心距离对电磁信号的频谱分布有明显影响,不同方向的电磁辐射频率分布不一致。爆炸产生的电磁辐射强度范围主要在64.33~348.25 V·m^-1,电磁辐射强度随爆心距离增大而递减,且递减幅度较大,不同方向的测试点测得的电磁辐射强度也有一定差距,相差范围在11.1%~17.7%。     

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.     

高超声速球模型及流场光辐射和电磁散射特性测量

为了研究高超声速目标及其流场对目标探测和识别的影响,在弹道靶设备上开展了球模型光辐射和电磁散射特性测量。由二级轻气炮发射模型,模型为15 mm的球,材料为Al₂O₃, 速度范围4.2Symbol~A@6.1 km/s,靶室压力范围2.0Symbol~A@15.4 kPa,光电倍增管探测器分别测量中心波长为254 nm、 365 nm、430 nm的紫外辐射强度和可见光辐射强度,红外InSb探测器分别测量波长为3Symbol~A@5 μm、 8Symbol~A@12 μm的红外辐射强度,X波段单站雷达系统测量在视角为40°的全目标雷达散射截面积（RCS）。实验结果表明：在给定的实验条件下,模型及流场的光辐射强度和电磁散射特性强烈依赖于模型飞行速度和实验压力;模型及流场紫外辐射、可见光辐射主要为头部激波帽辐射,尾迹基本没有紫外辐射、可见光辐射;模型及流场红外辐射主要集中在模型头部区域,尾迹在3Symbol~A@5 μm波段红外辐射明显且持续时间较长,尾迹在8Symbol~A@12 μm波段辐射不明显;在模型飞行速度较低时,模型及流场的电磁散射能量主要集中在有绕流的模型区域;当模型飞行速度较高时,模型及流场电磁散射能量分布在有绕流的模型区域和尾迹区域;在一定的实验条件下,模型尾迹总目标RCS比等离子鞘套包覆的模型目标RCS大约1个数量级。     

工作条件对固体发动机羽流温度场的影响

建立了羽流流场的耦合计算模型,通过在流场能量方程中引入辐射源项,实现了流场计算与辐射传输的耦合求解.使用有限速率模型对羽流中后燃反应进行了模拟,使用离散坐标法求解羽流辐射传输方程,得到了羽流红外辐射出射度在1 000 ～4 500/cm波数范围内的分布情况及辐射出射度在近场内的分布云图,计算结果与试验数据符合较好.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。     

高速机动条件下坦克火炮系统扰动力矩谱研究

随着坦克机动速度的提高和路面复杂程度的增加,火炮所受扰动力矩的幅值和频率急剧增大,严重影响了炮控系统的稳定精度和射击命中率。为此,建立火炮系统动力学模型,分析扰动力矩的作用机理、影响因素及其测试方法。在此基础上提出基于希尔伯特-黄变换（HHT）的火炮扰动力矩时频谱分析方法,系统分析主振频带、约束频带和特征幅值等扰动力矩典型频谱特征及其对炮控系统设计的影响。研制了扰动力矩谱测试系统并应用于工程实践,为高速机动条件下火炮扰动谱测试分析和炮控系统设计研制提供理论依据与技术支撑。     

电磁脉冲作用下导弹的表面效应分析

电磁脉冲对导弹飞行影响很大,利用时域有限差分法分析了电磁脉冲作用下导弹壳体的表面效应.计算结果表明,在入射电磁脉冲的作用下,导弹壳体上将感应出很大的电流和电荷.导弹尾焰的存在将影响导弹壳体上的感应情况,尾焰的长度、尾焰电导率、与弹体的连接情况均会对感应情况产生影响.     

底部排气装置快速降压过程中燃烧流动特性数值分析

为研究底部排气（简称底排）装置出炮口时发射药燃气流动特性和点火具瞬态燃烧特性,采用半密闭爆发器模拟底排弹出炮口时的快速降压过程,借助高速录像系统观测了近喷口喷焰羽流的发展行为,并以此验证数值模型的有效性。在试验基础上,采用高分辨率迎风格式AUSM⁺、两方程Realizable k-ε湍流模型和有限速率化学模型,建立了降压过程中发射药燃气与点火具燃烧射流相互作用的二维轴对称模型,并以基于内节点的有限体积法进行数值模拟,分析了底排装置降压过程中两股高温燃气射流的耦合特性。结果表明：底排装置降压过程中,喷焰羽流由超音速强欠膨胀射流逐渐转变为亚音速流动,波系结构经历马赫反射到规则反射的转变,形成周期性钻石型激波和菱形火焰串,最终变成连续火焰;喷焰羽流变成亚音速流动后,底排装置内点火具火焰下游处径向热对流和热扩散比上游更强烈,底排药柱下端温度最高,首先复燃。     

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。