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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

无喷管火箭发动机研究

无喷管助推器作为整体式固体火箭冲压发动机助推级的一种重要方案,其优点是结构简单,省去喷管抛却系统及伺服机构,增加了固体火箭冲压发动机工作的可靠性。本文简要介绍无这火箭发动机,数值仿真的计算理论和试验研究方面的一些结果,并对此结果作了简要的分析说明。     

应用于固体火箭发动机喷管出口羽流温度测量的光学辐射高温计

利用辐射光谱测量温度的原理,设计并制造了一种新型的非接触式光学辐射高温计.详细介绍该温度计的基本原理和标定方法,并将该温度计应用于火箭发动机喷管出口羽流的温度测量中,初步的实验结果和数值模拟结果相一致.     

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。     

火箭发动机羽流红外特性研究概述

介绍了国内外火箭发动机羽流红外特性的研究进展及实验研究方法,总结了计算发动机羽流红外特性常用的求解方法及其特点,提出国内应当在辐射模型的完善及与流场计算的耦合度、高空辐射模型的建立、实验数据获取等方面开展更深入的研究工作.     

液体火箭发动机研制情况的一些回顾

４０年来，我国液体火箭发动机的研制工作取得了很大成绩。文中对发动机的一些研制情况作了回顾，对ＹＦ－７３和ＹＦ－７５氢氧发动机的设计特点、飞行结果作了简单叙述。对今后工作也提出了看法。     

液体火箭发动机涡轮泵状态监测与故障诊断系统研究

针对火箭发动机地面试车时间短、工作转速高且重复性不好的特点，根据实时性、有效性、可靠性、开放性与通用性的系统设计原则，研制了火箭发动机涡轮泵状态监测与故障诊断系统－－TCMD2000。该系统采用并行冗余结构，保证同步整周期采样的同时，实现了高速连续数据采集和存储，并应用了进动分析方法提高故障诊断的准确性。对TCMD2000系统进行了发动机试车故障监测考核。结果表明，所研制的TCMD2000系统达到了设计指标，适合火箭发动机的状态监测与故障诊断。在发动机研制过程中，对诊断发动机故障和排除故障发挥了作用。     

基于有限体积法的液体火箭发动机燃气红外特性仿真

运用有限体积法对某轨姿控发动机典型工况燃气流场红外辐射特性进行仿真计算。首先通过Fluent软件对发动机典型工况燃气流场进行计算,再利用最新的光谱数据库对主要辐射组分吸收系数进行计算,最后对燃气红外辐射特性进行计算;重点分析不同波长、不同天顶角、不同波段下燃气红外辐射强度分布规律。研究结果表明:所提计算方法可靠,红外特性计算结果准确,有利于掌握液体火箭发动机红外辐射特性计算和分析方法。     

基于有限元方法的液体火箭发动机机架优化设计

采用ANSYS有限元分析软件提供的优化方法对液体火箭发动机机架的优化问题进行了分析,提出了机架优化设计的一般流程,使用ANSYS的APDL语言编写了机架优化设计分析程序,通过对优化程序的研究,获得了某型号发动机机架的最优化结果,优化后的质量比初始设计质量大大的减轻.