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。     

固体火箭发动机燃气导流片导转特性分析研究

在固体火箭发动机喷管内采用燃气导流片技术,可以使火箭绕其纵轴旋转。文中建立了喷管内燃气导流片流场数值分析的数学和物理模型,通过数值仿真分析了导流片产生导转力矩的原因及其结构参数对火箭导转特性的影响,并采用高速旋转试验和外弹道飞行测试试验结果与理论计算结果进行比较,结果表明火箭最大转速的理论计算结果和试验结果一致性较好,从而验证了燃气导流片数值模型的可靠性。     

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。     

带有中心点传火管的燃气发生器两相流数值模拟

建立带有中心点传火管的燃气发生器的两相流数学模型。针对中心点传火管的点传火过程采用了一维两相流数学模型,管式燃气发生器的能量释放过程建立了二维两相流数学模型,通过气固交换建立了二者的耦合作用,并采用Mac Cormack 预估校正二步显格式编制了内弹道计算软件,进行了仿真计算,仿真计算结果与试验结果符合良好,验证了模型的正确性,为管式燃气发生器的结构设计及优化提供了理论基础;同时根据仿真结果对管式燃气发生器的能量释放过程进行了分析,结果表明均匀一致的点火条件是管式燃气发生器平稳释放能量的前提,点火能量的均匀释放才能保证燃气发生器内火药燃烧过程可靠,能量释放过程可控。     

点火过程对小型固体火箭发动机内弹道影响

为了研究某小型固体火箭发动机点火过程对内弹道性能的影响,建立包含点火过程的小型固体火箭发动机的内弹道数值研究模型和试验验证方案,对点火药量为1.0 g、0.8 g、0.6 g和0.4 g的发动机进行了内弹道数值研究,试验研究了点火药量为1.0 g和0.8 g两种情况,数值计算结果与试验结果基本一致。研究结果表明:小型固体火箭发动机由于燃烧室体积小,点火过程对内弹道影响明显;点火药量越大,点火药装填密度越大,引起压力峰值越大,稳定工作时间越短;经验估算得到的1.0 g点火药量产生了过高的压力,是稳定压力的三倍,0.8 g的点火药量能够满足点火可靠性和总体设计要求,产生最大压力为27.08 MPa,稳定工作时长159 ms,建议该小型火箭发动机的点火药量为0.8 g。     

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。     

内埋式航炮膛口流场特性数值模拟研究

为研究飞行速度对内埋式航炮膛口流场特性的影响,基于Navier-Stokes方程和k-ε湍流模型,采用Roe格式分别对4种飞行速度条件下的菱形机翼中内埋航炮膛口流场发展过程进行了数值模拟,对比分析了静止条件和超音速飞行状态下膛口流场的基本特征以及冲击波强度变化关系。结果表明：超音速飞行时形成由火药燃气冲击波、分离激波、滑移面等波系构成的膛口流场结构;在一定飞行速度范围内分离激波尺寸与来流马赫数正相关;膛口附近冲击波超压峰值变化与飞行马赫数有关。     

固体火箭发动机射流推力矢量喷管气固两相流数值模拟

用颗粒轨道模型对基于激波控制的二维收缩扩张(2DCD)喷管中的气固两相流动进行了数值模拟,并与纯气相条件下的计算结果进行了对比分析,研究了1～40μm不同直径颗粒的运动轨迹和内流场参数的分布特征,并对矢量喷管的推力性能进行了研究。研究表明,颗粒相的加入和颗粒直径的变化对矢量喷管的内流场和推力性能都有较大影响。在进行射流推力矢量喷管的设计和性能计算时一定要考虑颗粒相的影响。     

导流槽和混合比对发动机喷流噪声特性影响实验研究

为分析研究火箭发动机喷流噪声特性的影响因素,设计了火箭发动机喷流噪声实验系统;采用BK数据采集系统及噪声处理软件进行噪声数据的采集和分析,研究发动机混合比以及导流槽对火箭发动机喷流噪声特性的影响。结果表明:随着发动机混合比的上升,发动机从富燃燃烧状态转换到富氧燃烧状态,噪声声压级降低;导流槽对喷流噪声有遮蔽作用,且随着导流槽距喷管出口距离的增大,遮蔽作用下降,噪声声压级上升。     

柱形充液室内多股燃气射流流场的气体与液体两相流场演化特性

基于水下枪炮发射的工程背景,对火药燃烧形成的多股高压燃气射流从模拟弹头头部喷入柱形充液室的过程进行了实验观测和数值模拟研究。实验观测采用高速录像记录,数值模型采用流体体积函数模型来描述液体环境中多个燃气泡的扩展,数值模拟结果与实验观测结果相符。数值仿真结果表明：喷孔轴线上的燃气压力经历下降和上升的过程后达到稳定值,空腔附近的水流场由于燃气作用出现压力峰,随后逐渐衰减;在燃气空腔扩展的过程中,离喷孔距离越远的截面上燃气-水流场的压力分布越均匀,截面平均压力随着空腔扩展逐渐下降;随着时间的增长,截面上气体组分分数可达70%.     

喷射压力变化对脉冲等离子射流扩展特性的影响

为分析喷射压力变化对脉冲等离子射流扩展特性的影响,建立脉冲等离子射流在空气中扩展的二维轴对称非稳态模型,并进行数值模拟。研究了1.5~3.5 MPa喷射压力范围内,脉冲等离子射流在空气中扩展时的两相界面演化特性及流场参数变化规律,并与实验结果进行对比。研究结果表明：脉冲等离子射流的轴向扩展位移模拟值与实验值较为吻合;喷嘴出口处,射流场参数骤变,近场处参数变化较为剧烈,后期逐渐衰减至环境参数;喷射压力增大时,脉冲等离子射流的扩展体积、马赫盘大小及压力等流场参数均随之增大,扩展过程中的湍流掺混现象也随之增强,表现为等离子体与空气两相界面破碎加剧;喷射压力减小到1 MPa时,喷嘴近场无马赫盘出现。     

微型脉冲固体火箭发动机侧喷流数值仿真

针对不同工况条件下的微型脉冲固体火箭发动机侧喷流外流场进行两相流条件仿真研究,除了对不同导弹攻角条件下的两相流进行分析,还探究了弹体表面参数受颗粒的影响情况.研究结果表明:在同一颗粒质量分数条件下,颗粒直径越小,对喷流的控制效果产生消极影响越大;在两相流情况下,颗粒相对干扰流场的结构产生了较大影响,颗粒相对喷流的控制效果起消极作用;导弹处于正攻角时,有利于喷流控制作用,攻角越大,控制效果越好.     

某制导炮弹二维两相流内弹道性能分析与数值模拟研究

为了研究某制导炮弹二维两相流内弹道性能,简化两相流多维数值模拟中弹底运动边界处理的复杂性,提高运动边界处的计算精度,建立了基于任意拉格朗日欧拉方法的某制导炮弹内弹道二维气-固两相流模型,空间上采用具有TVD特性的高阶MUSCL类型的有限体积法对方程进行离散,时间方向采用4阶Runge-Kutta方法进行时间推进。通过拥有解析解的数值验证算例,验证了数值格式以及动网格生成方法的准确性。对某大口径制导炮弹内弹道膛内循环过程进行二维两相流数值仿真。模拟结果准确地反映了整个内弹道循环膛内两相流动特性及其发展过程,并与实验结果有较好的一致性。同时分析了不同点火因素对该制导炮弹内弹道性能的影响,为后续深入优化该制导炮弹内弹道性能及发射安全性提供了理论基础。     

基于改进两相流模型的模块装药内弹道模拟

为研究模块装药的特殊装药结构的内弹道特性,改进和优化装药结构参数,需建立数学模型进行模拟。现有的两相流模型不能直接用于模块装药的计算,根据模块装药的特点对现有模型进行改进和细化,考虑了装药和点火不连续、模块非同时破裂等因素,使其更接近模块装药内弹道实际过程。根据建立的改进数学模型对模块装药内弹道过程进行模拟,并对结果进行验证和分析。模拟结果与实验对比相符,数值模拟显示:在模块装药内弹道过程中存在点传火间断,传火过程更长,模块是按序破裂的。模块破裂时间受模块盒体强度和传火性能影响,模块盒体和传火管端盖强度越大,则模块破裂开始时间越晚,开始破裂到所有模块全部破裂时间跨度更长。     

与燃气射流耦合的易裂后盖开启过程数值分析

对于采用易裂盖的箱式发射系统,后盖开启过程与燃气射流流场相互影响。为了研究易裂后盖的开启过程,使用基于光滑方法和重构方法的动网格技术,将后盖裂片运动过程与燃气射流流场耦合,对整个开盖过程进行了仿真计算。得到了起始冲击波的作用过程以及发射箱内各监测点的压强曲线,并分析了燃气射流对后盖裂片的冲击作用以及对其运动过程产生的影响。结果表明,与非耦合工况的计算结果进行对比,耦合工况的结果更接近于实验数据。随着后盖裂片转动角度的不断增大,旋转力矩逐渐减小,裂片的转动速度经历了先快速上升、后缓慢下降的过程。     

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。     

高压弹射装置内弹道二维模型及发射腔内流场特性分析

高压弹射装置中火药先燃烧积聚成高压气体,后瞬间打开,弹射弹丸攻击目标。为了掌握这一过程中发射腔内流场的复杂变化,建立了高压弹射装置内弹道二维气相模型,采用Runger-Kutta算法和MacCormark差分格式耦合方法进行数值模拟,并将计算所得的压力曲线与试验结果进行对比,验证了数值计算的可靠性。进一步根据计算得到发射腔内气体压力、速度等参量的分布情况,分析发射腔内的流场特性。结果表明,弹射关键阶段在弹丸启动的较短时间内,高压气体大小和分布是影响弹丸弹射效果的直接因素。