燃气侧喷固冲发动机补燃室流场三维数值研究

采用标准κ-ε二方程模型和涡团耗散模型对固体火箭冲压发动机补燃室内流场进行了三维数值模拟研究.考虑燃气喷射角度,补燃室出口反压对燃烧流场的影响.得出了反应物和产物组分、温度等发动机参数的变化趋势.其中燃气喷射角度分别为30°,45°,60°.结果表明:增加喷射角度,补燃室头部温度升高,燃料完全燃烧所需补燃室长度减少;增大出口反压有利于补燃室内燃烧的进行.该结论对固冲发动机补燃室的理论设计和实验优化有重要作用.     

固体火箭冲压发动机三维数值计算

利用FLUENT中的概率密度函数非预混模型对固体火箭冲压发动机补燃室内的气相湍流燃烧进行数值模拟.主要目的是解决在固体火箭冲压发动机含镁铝推进剂的补燃室中,存在上百种中间及最终产物.复杂的反应机理使采用有限反应速率模型难以模拟补燃室中复杂的湍流燃烧的问题.模拟结果有助于提高对固体火箭冲压发动机补燃室内部流场流动的了解.模拟结果表明:补燃室内发生着复杂的三维化学反应流动,存在对掺混燃烧有重要影响的头部回流和轴向涡流.补燃室内温度分布与空气与燃气的掺混、燃烧及流动状态有密切关系.提高空燃比,可增强补燃室中燃气的回流和轴向涡流强度,加大掺混力度.提高燃烧效率.     

固冲发动机补燃室压强控制技术研究

以固体冲压发动机为动力的导弹,其纵向通道控制系统设计中需要考虑固冲发动机的可控性、控制的经济性以及发动机的安全性,需要对固冲发动机开展充分的试验验证,通过补燃室压强控制试验验证发动机性能,为导弹总体控制创造条件;文章提出了一种基于补燃室压强闭环的控制策略,可以在固冲发动机地面直连试验中有效验证固冲发动机控制性能;建立了固冲发动机燃气发生器、补燃室数学模型,设计控制律并进行数学仿真;仿真结果表明,文章设计的补燃室压强闭环控制系统可实现补燃室压强控制,充分反应了固冲发动机控制性能,可根据研究结果开展导弹纵向通道控制系统设计,实现导弹总体对固冲发动机能量管理及进气道保护等方面的需求。     

固体火箭冲压发动机设计计算一体化

为了简化固体火箭冲压发动机的设计过程,减少工作量,基于ACIS几何造型平台开发了固体火箭冲压发动机的三维CAD软件,该软件能预估固冲发动机主要部件的结构尺寸和发动机性能并实现了图形的实时显示,使该系统可进行固体火箭冲压发动机总体方案论证.为了验证该软件设计结果的准确性,对某设计点的进气道和补燃室的流场进行了数值仿真.结果表明:数值仿真结果在一定程度上与设计值吻合较好,验证了设计方法的有效性.与国内相同类型软件相比较,该软件的性能计算准确性高,CAD图形处理能力强,实现了固体火箭冲压发动机的参数化设计、计算一体化.     

固体火箭冲压发动机绝热层传热特性数值仿真

研究冲压发动机补燃室的热防护性能,为发动机长时间安全工作提高热防护技术,建立了补燃室三维流场和EPDM(三元乙丙)绝热层的物理数学模型,数值仿真补燃室内燃烧及流动过程.对补燃室内温度变化梯度大,燃气温度在补燃室中部达到极值,化学反应流场在周向存在很大的不对称性.补燃室头部的回流区和输运漩涡对燃烧效率有着重要影响.通过对绝热层和壳体的温度场进行数值仿真,发现绝热层存在两个高温区域:头部回流区域和补燃室中部的燃烧充分区域.计算结果符合物理规律,并与试验结果符合较好.研究结果为冲压发动机补燃室热防护层的设计提供了有效的分析手段.     

整体式固体火箭冲压发动机转级过程数值仿真

为了研究整体式固体火箭冲压发动机从助推级向冲压发动机级的工况转换(转级)过程,采用双时间步推进方法,求解非定常、三维、有化学反应的Navier-Stokes方程组,得到了发动机进气道/燃烧室一体化流场在转级过程中的变化情况,分析了相关因素对转级过程的影响。仿真研究表明,进气道出口堵盖打开前,进气道内气流保持压力振荡状态,振荡频率主要与飞行高度相关;堵盖打开后,空气与一次燃气进入补燃室掺混并燃烧,过程中发动机内流场发生剧烈的变化;堵盖打开时燃烧室内的压力对于进气道的起动至关重要。上述研究对于整体式固体火箭冲压发动机设计具有指导意义。     

亚燃冲压发动机建模及性能研究

关于冲压发动机动力性能优化建模问题,冲压发动机模型及特性与飞行高度、马赫数、攻角有关,决定发动机的性能因素。为了优化冲压发动机动力性能和控制系统设计总体规划,提出建立亚燃冲压发动机特性计算的数学模型,借助于simu-link仿真平台搭建了亚燃冲压发动机模块化的稳态仿真模型,进行不同飞行条件下的特性计算的分析,重点分析了不同进口条件对进气道正激波强度的影响。通过与GasTurb软件中模型参数比较验证了模型的正确性。仿真结果表明,模型可用于冲压发动机总体初步设计研究。     

大推力氢氧补燃循环发动机故障仿真

针对大推力氢氧补燃循环发动机,使用模块化故障仿真方法,对发动机多种典型故障进行了仿真研究,为建立液体火箭发动机健康监控系统奠定了基础。首先,介绍了大推力氢氧补燃循环发动机的系统组成结构以及工作过程;其次,利用Matlab/Simulink工具构建了发动机系统主要部件的模块库,并根据发动机结构和工作过程,建立了氢氧补燃循环发动机的整体仿真模型;最后,仿真分析了发动机的多种典型故障,并利用Matlab的GUI工具搭建了可视化界面,实现了操作和实现方式的人性化。     

颗粒粒径及速度对火箭发动机结构参数的影响

在Mg/CO2粉末火箭发动机的研究中,镁颗粒的燃速、颗粒粒径以及颗粒喷注速度是影响金属粉末燃烧特性的主要因素,金属粉末的燃烧特性决定了燃烧室的结构参数.采用RNG k-ε方程和层流有限速率化学反应模型对轴向喷注式圆柱型燃烧室燃烧性能进行了三维定常数值仿真,研究了颗粒粒径及喷注速度对燃烧室中反应特性的影响,旨在为发动机结构尺寸确定提供参考,所建立计算模型与实际参数吻合较好.仿真结果表明:小粒径镁粉燃烧比较充分,颗粒粒径过大导致燃烧效率低下;镁粉燃烧放热峰随喷注速度的增加而向燃烧室后端移动,喷注速度过大则导致燃烧不完全;金属颗粒径向扩散很少,导致燃烧室壁面附近化学反应量较少且温度较低,可以利用来增强热防护能力.     

基于遗传算法的大推力氢氧补燃发动机故障检测

通过优化故障检测的方法,可以提高大推力氢氧补燃发动机故障检测的精确性能。BP神经网络是基于梯度的方法确定权值与阈值,遗传算法是一种多点搜索的优化方式,具有良好的全局寻优能力,可以优化BP网络的不足。基于发动机试车过程中测得到的流量、温度、压力等信号,应用GA-BP神经络构建发动机工作过程的非线性辨识模型,对大推力氢氧补燃发动机可能的运行故障进行检测,由试车数据的仿真结果可知,该算法达到了较好的故障检测效果。     

前机身/进气道流场的一体化数值模拟

该文针对飞行器设计中的机体和进气道的一体化问题,采用分区结构搭接网格技术,对机体外流场采用有限体积法求解Euler方程,进气道内流场采用有限体积法求解N—S方程,发展了求解三维超音速前机身／进气道内外流的Euler／N—S方程分区处理程序,同时对某型飞机的前机身／进气道流场进行了一体化模拟。通过分析计算出的附加阻力和畸变系数等结果的合理性验证了计算程序的正确性。同时通过对计算域采用不同的密度网格进行计算,分析研究了网格疏密对计算结果的影响。     

飞机进气道流量测量及其校验比较

为克服在低速风洞中由于飞机攻角变化等因素而产生的流量测量误差，提出了在后部抽气管道等直径段增设流量检测装置。试验结果表明，此装置得出的流量值比原在进气管道出口截面处得出的流量值误差小。     

金属/水冲压发动机进水道工作特性

研究优化冲压发动机性能,针对水下航行器动特性改善问题,为了深入对金属/水冲压发动机进水道工作特性动态规律变化进行了解,提出建立水力特性三维数值模型.运用模型对一种运用于超空泡航行器的水冲压发动机复杂进水道内流场行了数值仿真研究.分析航行器航行速度和深度的增大,进水道流量系数增大,总压恢复系数减小;航行器攻角增大,流量系数减小,总压恢复系数减小.仿真证明超空泡航行器速度、深度及航行器攻角对金属/水冲压发动机给水效率和压力损失的影响机理.可为进一步研究水冲压发动机特性提供了参考.     

超音速进气道三维流场数值仿真与性能分析

减小冲压增程炮弹特别是进气道的阻力,可以提高炮弹的射程。建立了冲压增程炮弹超音速进气道的物理模型,采用N-S方程,并运用有限体积法对进气道进行了三维流场的数值仿真,得到了超音速进气道的流场结构图及性能参数,有利进行分析。重点研究了攻角对超音速进气道性能的影响。理论计算了进气道的总压恢复系数,并对进气道总压恢复系数的理论计算值与数值模拟值进行比较分析,基本一致。得到的结论为冲压增程炮弹提供了设计有效参考。     

冲压发动机进气道堵盖碎块运动仿真研究

整体式冲压发动机进气道出口堵盖大多为可抛易碎式,助推器工作结束后,堵盖会分裂成小碎块随气流进入燃烧室内.碎块在运动过程中,可能与燃烧室壁面发生碰撞,当碰撞严重时,会对热防护结构造成破坏.在非定常流场数值仿真结果的基础上,经过适当地简化,模拟了冲压发动机可抛易碎式堵盖碎块在燃烧室内的运动过程.仿真研究表明,堵盖破碎后大部分碎块会在燃烧室中后部与壁面发生碰撞;离燃烧室头部较近的堵盖破碎后,朝壁面运动的趋势更明显,危害性更大;碎块的运动过程与相对气流的速度密切相关,而与自身受到的重力关系不大;增大气流沿燃烧室轴线方向的速度分量有利于减小碎块对壁面的撞击力;堵盖所用材料的密度及碎块的尺寸对其运动轨迹影响不明显.     

风流对催化传感器动态响应的影响

动态响应速度是催化传感器的一个重要性能指标。文章基于Fick扩散定理建立了在风流中瓦斯向催化传感器扩散速度的数学模型,并通过实验研究了风流对催化传感器动态特性的影响。研究结果表明,催化传感器的风流速度以及进气口与风流方向之间的夹角是影响催化传感器动态响应的重要因素,影响规律为随着催化传感器的进气口与风流方向之间夹角角度的增加,催化传感器的响应时间增加,响应速度减慢,响应输出值降低;随着风流速度的增加,催化传感器的响应时间减小,响应速度加快,响应输出值增加。     

某型高超声速进气道性能的二维数值模拟

针对高超声速进气道内的复杂流动特性,以某型高超声速进气道为研究对象,利用商业CFD软件对其内外流场进行了二维数值模拟.得到了在不同的来流M数条件下某型高超声速进气道设计状态和非设计状态的特性,其计算结果对高超声速进气道的设计和试验研究都具有一定的意义.     

超声速进气道流场的CFD数值仿真

进气道是航空推进系统的一个重要组成部分,进气道内的流场品质会显著影响发动机的性能.由于进气道内部流动的复杂性和其广泛的应用前景,进气道内的流动特性引起了人们广泛的关注.采用计算流体力学(CFD)方法,空间离散采用Harten-Yee的二阶迎风TVD格式,时间迭代采用隐式LU-SGS方法,数值求解Navier-Stokes(N-S)方程,对进气道内部流场进行了数值模拟,并研究了进气道内部流场的流场结构以及激波/边界层干扰问题.数值计算结果反映出了流场的基本物理现象,说明了所采用的研究方法是可行的.同时数值模拟结果对进气道的设计有一定的参考价值.     

喷水对风扇压气机性能的影响

针对雨滴吸入对航空发动机风扇特性的影响问题,对某四级风扇模型,采用数值仿真的方法进行风扇特性变化的分析,在平均流管的基础之上,分析来流为空气、不同含水量、水滴直径以及空气相对湿度等条件对风扇压比和效率的影响.仿真分析发现,当来流含2％600μm的水滴时,风扇压比降低约6.1％,效率下降约10.7％.仿真结果表明当压气机...