固体火箭发动机尾焰注水流场对导流槽排导性能影响研究

为了研究固体火箭发动机尾焰注水流场对导流槽排导通畅性的影响,设计了火箭发动机和导流槽缩比模型并完成了发动机系留点火及注水试验。结果表明：向尾焰注水能够使流入导流槽内混合气体温度降低到原来的1/2,实现对导流槽的热防护;但大量的水蒸气生成并与燃气混合后进入导流槽,影响了导流槽的排导性能。为了解决该问题,建立了在Mixture多相流模型基础上的数值计算模型,在Mixture多相流模型中以源项形式添加液态水与燃气两相流作用过程中的质量和能量转移方程,通过与试验数据对比,验证计算模型具有较高的精度和可靠性,并进一步得出燃气流场和液体流场的相互作用和对导流槽的排导性能的影响。在此基础上分析了发动机喷管数量、导流型面曲线类型对导流槽排导通畅性的影响,为火箭发动机尾焰注水系统工程应用提供参考。     

非平衡化学反应对火箭燃气射流流场的影响

采用ＴＶＤ数值格式对含有限速率非平衡化学反应燃气射流流场进行数值计算。比较了有无化学反应时的计算结果，分析了成马赫盘后转的原因，认为火箭燃气射流为含有限速率非倒闭铧反应流动。     

燃气混合火箭性能计算及试验研究

以最小吉布斯自由能法为基础开发了适用于燃气混合火箭的性能预测代码,进行了60个工况的性能计算,计算结果表明,若采用含硼富燃料和85%过氧化氢为推进剂,在5MPa燃烧室压力下,燃气混合火箭比冲可以达到2600N.s/kg。在理论研究基础上,研制了燃气混合火箭原理样机,成功地进行了地面点火试验。燃气混合火箭原理样机工作正常,燃烧效率达95%。通过调节氧化剂流量,燃气混合火箭推力调节比达到5∶1,试验实测数据与性能预测结果吻合良好。     

箱式垂直发射装置燃气流排导

阐述了燃气流合理排导的必要性．分析和比较了燃气流内导流和外导流．论述了燃气流内导流的优越性和外导流的后限性．表述了箱式垂直发射装置燃气流排导的发展方向．     

双面导流器排导规律研究

利用发射燃气动力学三维仿真手段研究了双面导流器排导燃气的基本规律。仿真研究表明,燃气流经双面导流器呈蝶形排导规律;受双面导流器顶端干扰,燃气流在双面导流器顶端附近形成帽形脱体激波,并在双面导流器顶端形成驼峰效应;同时,由于受双面导流器及射流自身结构影响,在双面导流器腹部形成二次压缩激波和核状流元结构。在仿真研究基础上,开展的燃气喷流试验验证了双面导流器排导规律。     

固体火箭发动机燃气射流驱动液柱过程中的内弹道研究

为了实现单兵火箭“有限空间内发射”的能力,提出了在尾管内放置液柱平衡体的单兵火箭发射系统,对该系统进行试验研究的同时分时段分析了内弹道过程。以经典内弹道理论为基础,将燃气与液体之间的无规则混合假设为“穿孔混合”,建立了发射系统的数学模型,并运用龙格-库 塔法进行了数值计算,给出了完整的内弹道曲线。通过试验与计算结果的对比分析,计算结果与试验结果吻合较好,燃烧室最大压力相对误差为1.6%,弹丸速度相对误差为0.9%,验证了该模型的有效性,为单兵火箭驱动液柱发射系统的内弹道过程提供理论参考依据。对比分析单兵火箭发射系统在有无液体柱平衡体两种条件下的计算结果可知,在相同发射条件下,液柱平衡体在减弱发射特征的同时提高了弹丸的速度,提升了火箭弹的威力。     

火箭发射初期双面排导型发射台瞬态承载特性研究

利用发射燃气动力学瞬态数值模拟方法,研究了双面排导型发射台承受的燃气流冲击作用力随时间变化特性.研究表明:双面排导型发射台承受燃气流作用力随着喷管距双面导流器高度的增加而下降;由于燃气射流压力波系呈正负交替变化,使得导流器承载在总体下降中呈脉动变化;同时,由于喷管内压强的不同,导流器承受的燃气流冲击作用力呈现脉动变化或平稳变化趋势.     

含装药缺陷的固体火箭发动机性能评估综述

装药缺陷是影响固体火箭发动机安全工作的重要因素。为确保安全发射,需对装药缺陷所造成的发动机性能偏差进行分析,从而对发动机的工作性能作出评估。鉴于装药缺陷行为的复杂性,目前尚未建立起完善的评估体系。基于固体火箭发动机装药缺陷行为,综述裂纹和脱粘扩展的理论与试验研究方法,包括起裂准则研究、影响扩展的因素研究及推进剂材料断裂性能研究;分别从燃气进入裂纹的边界条件和燃气传播对裂纹扩展影响两方面,综述药柱裂纹与燃气相互作用机理的研究现状;为达到对含装药缺陷的固体火箭发动机完整工作过程进行数值仿真的目的,分别从燃面退移计算方法、流体-热-固体耦合计算方法和缺陷扩展计算方法3个方面,对含装药缺陷的固体火箭发动机数值计算研究进行了总结与分析,以期得到含装药缺陷的发动机工作性能数值指标,从而为发动机性能评估工作提供参考;对于装药缺陷行为研究及数值计算方法的发展作了展望,对我国含装药缺陷的固体火箭发动机性能评估工作提供一些有意义的启示。     

固体火箭冲压发动机工作包线分析

根据固体火箭冲压发动机工作原理和三维数值仿真与试验结果,建立了较为符合实际的进气道、燃气发生器和补燃室工作数学模型,并对进气道和固体火箭冲压发动机的工作包线进行了分析,提出了进一步拓宽固体火箭冲压发动机工作包线的措施,得出对燃气流量进行调节,是扩大固体火箭冲压发动机工作包线的一种可行的方法。     

同心发射筒结构及参数研究

用数值模拟方法研究了同心简结构设计中几个问题内外筒间隙对燃气流排导的影响,导流锥对冲击力的影响、不同形状的底板对弹射力的影响.为找出合理间隙,数值计算了不同间隙时的简内流场,得出了针对实例的合理间隙值的范围;在降低冲击力方面,得出了加导流锥能降低冲击力的结论;在发射动力增值方面.研究了两种不同形状底板对发射动力增值的影响.为降低燃气温度,文中提出了均化燃气温度和以水为冷却剂对燃气进行冷却两种方法,第二种方法可从根本上降低了燃气的温度.