聚甲基丙烯酸甲酯在固体燃料冲压发动机中的燃面退移速率影响因素研究

采用数值计算与实验研究相结合的方法,对聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）在固体燃料冲压发动机中的燃速影响因素开展了研究。重点分析了来流空气质量通量和固体燃料装药内径对PMMA燃料平均燃速和局部燃速的影响。研究表明：固体燃料表面的温度、热流密度和局部燃面退移速率沿轴线方向均呈现先逐渐增大后逐渐减小的趋势,极值出现在回流区末端的再附着点附近;固体燃料表面的局部燃面退移速率随装药内径增大而减小,但随空气质量通量的增大而增大;燃料平均燃速与来流空气质量通量呈幂函数递增关系,与固体燃料装药内径呈幂函数递减关系;数值计算和实验得到的影响变化规律吻合较好,但计算值比实验值稍微偏高,最大误差不超过10%. 研究结果对固体燃料冲压发动机燃烧室的优化设计具有重要的参考价值。     

聚乙烯在固体燃料冲压发动机中的燃速影响因素研究

针对影响聚乙烯（PE）在固体燃料冲压发动机燃烧室中的燃速因素,采用数值仿真与直连式实验相结合的方法,研究了空气质量通量和固体燃料内径对PE燃料平均燃速和当地燃速的影响,分析了无量纲回流区长度与突扩台阶高度的关系。研究表明,PE燃料平均燃速与空气质量通量呈幂函数递增关系,与固体燃料内径呈幂函数递减关系;点火过程的影响以及湍流燃烧模型对突扩台阶后回流区内传热的计算精度是引起回流区内计算结果与实验结果误差较大的重要原因;无量纲回流区长度与突扩台阶高度呈线性递增函数关系。研究结果对固体燃料冲压发动机燃烧室的设计具有一定的参考价值。     

固体燃料冲压发动机旋流燃烧中的测量

在直连式试车台上进行了一系列固体燃料冲压发动机燃烧室试验,其中,旋流数的变化范围是0～0.55,旋流分布有几种,所用燃料是聚乙烯和改性端羟基聚丁二烯(HTPB)。试验中测量了进气温度和质量密流对装药燃速的影响,此外,还在两个不同截面测量了温度和燃气浓度的分布。     

结构尺寸对固体燃料冲压发动机燃速影响的仿真研究

为研究结构尺寸对固体燃料冲压发动机燃速的影响规律,采用3阶单调迎风（MUSCL）重构方法,AUSMPW+通量分裂格式,k-w SST湍流模型,7组分3反应有限速率化学反应模型以及2阶矩湍流燃烧模型,编制了二维轴对称湍流燃烧仿真程序,研究入口直径、药柱直径、喷喉直径以及相似结构尺寸对燃速的影响规律。仿真结果表明：入口直径以及药柱直径影响较大,相似结构尺寸的影响相对较小,喷喉直径几乎没有影响;固体燃料冲压发动机结构尺寸影响燃速的主要机理是湍流黏性的变化以及火焰面位置的变化;突扩比对燃速起着关键的作用,燃速与突扩比近似呈线性关系。     

固体燃料冲压发动机燃速预示模型及其特性

为准确预示固体燃料冲压发动机的燃速,建立了固体燃料冲压发动机燃速预示模型,编写了预示程序。对以PE、PMAA为燃料的固体燃料冲压发动机进行了34次计算,计算结果表明:在所涉及的工况范围内,燃速随来流空气总温、质量流率以及药柱通道直径、入口直径的变化规律与已有实验结论相同;计算误差的最大值为14.4%,平均值为5.87%;该模型能够准确预示固体燃料冲压发动机中燃速;工作过程中,装药内腔体积随时间呈线性变化;给定的工况下,燃速正比于装药长度的-0.21次方。     

固体燃料冲压发动机稳定燃烧机理研究

利用三维有限体积TVD格式求解N-S/Euler方程组数值模拟固体燃料冲压发动机（SFRJ）突扩燃烧室、补燃室和喷管的统一内流场,研究了从亚声速、跨声速到超声速的整个工作过程,定量计算了发动机内流参数分布,初步揭示了SFRJ内复杂而稳定的工作机理,对于进一步研究该类发动机的流量及工作特性有重要意义。     

固体燃料冲压发动机的燃烧机理

叙述了固体燃料冲压发动机(SFRJ)的燃烧性能,特别是燃速与燃料性能有关的模型.为确定燃速控制步骤和仿真的重要机理,在观察包括燃料分解过程的不同现象(如化学反应和传热)的基础上进行分析.比较了4种聚合燃料试验数据与模型预测的数据,结果表明,在不同燃料中它们具有极好的定性一致,以及良好的燃速定量预测.这个模型对选择合理的燃料及发动机的初步设计和SFRJ最终样机静态点火试验前性能曲线的预定而言是有用的工具.     

侧边突扩固体燃料冲压发动机燃烧室试验研究

固体燃料冲压发动机(SFRJ)日益简单,它具有达到液体燃料冲压发动机性能水平的潜力。特别是在体积受到限制的情况下,侧边突扩SFRJ改善了推进剂/燃料的装填性能,因此,其性能又比传统的同轴突扩燃烧室高得多。更早的研究指出,空气温度较低时(230～280℃,典型的低速飞行状态)某些结构燃烧室的装药燃速不均匀。可以肯定,沿着药柱装药燃速的不均匀是局部火焰稳定造成的。在NWC用一个直径10.2cm的缩尺试验件对单侧突扩燃烧室进行了试验研究,通过试验获得了不同药孔面积/进气管面积、药孔面积/尾喷管面积、头部长度和突扩角的燃烧室性能数据,同时将燃速的测量结果与同轴突扩燃烧室模型中预测的结果进行了比较。研究的结果表明,侧边突扩燃烧室的燃烧效率与具有旁流的同轴突扩燃烧室相近,低速飞行时在较大的燃烧室结构尺寸变化范围内火焰都能稳定。这篇论文讨论了单侧突扩SFRJ燃烧室的性能以及燃烧室结构尺寸变化对火焰稳定比和装药燃速的影响,此外,建立了分析火焰稳定性的方程。作者认为,侧边突扩燃烧室可以替代传统的同轴突扩燃烧室。     

固体燃料冲压发动机的燃烧(II)

为提高固体燃料冲压发动机的燃烧性能,介绍一种新型管道式固体燃料冲压发动机(DSFR).对模拟飞行得出的性能数据的分析表明,航程随飞行高度的增加急剧增长,而有效比冲与高度无关.为了使DSFR有效地运行,要求富燃推进剂的燃速压力指数达到1。     

固体燃料冲压发动机燃烧室燃烧特性数值模拟

采用12组分、17个化学反应的模型和二阶矩湍流燃烧模型,通过计算药柱表面热传导率,得到了燃面退移速率,对固体燃料冲压发动机燃烧室内部的燃烧流动进行了数值模拟,分析了空气流量、空气总温和入口直径对燃烧室温度分布、C4H6分布和燃面退移速率的影响.分析表明,减小空气入口直径、增加空气流量和总温都会使燃面退移速率增加.     

燃料空气炸药固体燃料浓度动态分布试验研究

合适的燃料云团浓度是云爆燃料爆轰的前提条件,但是受到抛撒作用机理复杂、测试设备不完善等因素制约,针对云爆弹燃料云团浓度动态分布的试验研究还很欠缺。建立基于CMM-1浓度检测微系统的阵列式浓度测试系统,对由缩比抛撒装置产生的燃料云团浓度进行动态检测,形成燃料浓度随时间和空间的变化曲线,并获得了燃料浓度峰值的变化规律。试验结果表明：该试验装置和试验方法能够获得云爆弹燃料浓度的动态分布情况,可以为云爆弹战斗部设计和二次起爆设计提供技术支持。     

超空泡模型对固态介质侵彻及影响因素实验研究

为了获得超空泡模型对固态介质侵彻现象及相关力学特性的影响因素,采用实验方法对侵彻速度、弹头形状、通气等因素进行了研究。实验采用空气炮获得模型侵彻固体介质的初速,利用高速摄像系统获得直观的超空泡生成过程图像,通过图像处理获得侵彻过程运动参数。实验首先在匀质固体中成功获得超空泡模型侵彻现象,在此基础上进行了侵彻速度与不同头形的系列侵彻实验,获得了空泡形态、减速特性以及各影响因素的影响规律。借鉴水下通气超空泡的概念,设计了通气头形,并进行了不同通气量下的侵彻实验,验证了弹头通气有助于空泡生成的结论。     

固体燃料冲压增程炮弹用混压式进气道数值模拟及实验研究

利用三维雷诺平均Navier-Stokes方程,在不同攻角和来流马赫数条件下,对带侧向支柱的某固体燃料冲压弹用混压式进气道的内外复杂流场进行了数值模拟,并完成了风洞实验,得到了不同状态下进气道的纹影图片、沿程静压分布及进气道出口总压变化规律。结果表明:数值模拟所得流场结构与风洞实验纹影图一致;随着攻角的增大,流入进气道的空气流量减少,总压恢复系数降低,出口马赫数基本保持不变;在亚临界状态下,总压恢复系数受攻角的影响显著增大,其值甚至比临界状态时还要低;此外,在同一来流马赫数下,总压恢复系数随进气道出口反压的增大而增大。     

入口气流参数对固体燃料超燃冲压发动机燃烧室性能的影响分析

为了研究固体燃料超燃冲压发动机燃烧室入口气流参数对发动机性能的影响,将固体燃料燃面退移速率模型耦合到准一维流动方程中,提出了一种燃烧室的准一维设计和性能分析方法。利用该方法,在飞行条件一定的前提下,改变燃烧室入口气流参数总压、总温、马赫数,得出了各工况下的燃烧室初始型面尺寸并分析了其性能。研究结果表明：在设计飞行条件下,提高燃烧室入口气流的总压和总温均能提高燃烧室的性能,但总温对燃烧室性能的影响更大;燃烧室入口较低的马赫数可以减小燃烧室的加热损失,提高燃烧室的性能;在入口气流质量流量和台阶面积比一定的条件下,提高总温和总压、减小马赫数,能提高燃面推移速率,减小燃烧室的长度。     

刻槽弹体旋转侵彻混凝土效应试验研究

为研究刻槽弹体旋转侵彻混凝土靶的侵彻性能,利用14.5 mm滑膛枪发射平台,进行了非旋转的卵形弹体与刻槽弹体侵彻砂浆混凝土靶试验研究,同时利用14.5 mm线膛枪发射平台,进行了旋转的卵形弹体和刻槽弹体侵彻砂浆混凝土靶和石灰石混凝土靶试验研究。两种发射平台对比试验结果表明：采用卵形弹体头部刻槽和旋转侵彻的方法,使对混凝土目标的破坏从单一的挤压破坏变为挤压与环向剪切联合作用的破坏模式,达到了减少轴向阻力和提高侵彻威力的作用;相比于砂浆混凝土靶,石灰石混凝土靶具有较强的抗侵彻能力。     

子母弹燃气囊静态抛撒气囊破裂射流流场仿真分析

针对子母弹燃气囊抛撒试验中出现的气囊破裂对子弹运动特性的影响,建立了气囊抛弹的三维动力学模型。基于计算流体力学Fluent软件,通过编译自定义程序将六自由度刚体动力学方程与流体控制方程进行耦合,对气囊破裂自由射流流场结构特性及子母弹抛撒过程中气囊破裂射流流场结构特性进行对比,获得了气囊内压力变化规律。对不同破口位置的气囊射流流场进行仿真分析,获得了不同破口位置气囊内压力变化规律及对子弹的运动特性影响。计算结果表明：与气囊破裂自由流场结构相比,存在子弹时对气囊破裂射流流场结构有很大的影响;在中心位置破裂时对气囊内压力变化影响最大,破口在中心位置及短边侧时对子弹姿态的影响最大。该研究结果对预估子弹飞行弹道,了解气囊破射流流场对子弹运动的作用机理和影响规律,提高子母弹分离时的可靠性和安全性具有参考价值。