钨渗铜燃气舵化学烧蚀计算

固体火箭发动机燃气舵的烧蚀主要包括 Al2 O3颗粒冲刷、化学烧蚀,采用商业软件 FLUENT 对某型号的固体火箭发动机尾流场和钨渗铜燃气舵的流场进行模拟,通过气固双向耦合计算稳态和瞬态的燃气舵的内部温度场分布和变化过程;编写插入 UDF 函数计算燃气舵与高温气流发生反应造成的化学烧蚀,计算燃气舵的化学烧蚀量。     

固体火箭燃气舵结构材料的探讨

介绍了美国火箭燃气舵发展历史和趋势,指出舵的前缘后掠角X和前缘半径R对舵面烧蚀的影响,分析了原因。     

导轨式电磁驱动装置三维烧蚀仿真方法及分析

基于多场耦合理论,推导出考虑烧蚀的电磁场-温度场耦合的物理方程。利用APDL语言编制相应程序,分析了在考虑电枢烧蚀条件下的电流密度和温度的分布状况。电枢三维烧蚀分布与IAT试验结果分布进行对比结果表明块状电枢在导轨间运动过程中,烧蚀首先发生在导轨与电枢接触面前端边缘。在仅考虑焦耳热情况下,电枢前端烧蚀分布比较一致,电枢两侧边缘差别较大;考虑烧蚀和不考虑烧蚀情况下电磁场和温度场分布存在很大不同。此研究为揭示电磁驱动装置烧蚀机理奠定理论基础。     

高超声速飞行器烧蚀后退量时序提取及基于神经网络的预测

为了观测高超声速飞行器头部模型在高温流场下的烧蚀现象,在电弧风洞上开展了热考核试验,基于电荷耦合器件相机图像比色测温方法,获得电弧风洞烧蚀模型表面温度随时间演化数据。通过追踪模型边缘温度场变化,给出模型烧蚀过程中形变过程,提取驻点及其他边缘点后退量随时间变化数据。利用最小二乘法和长短期记忆（LSTM）网络方法对烧蚀后退量数据进行拟合与预测,其中LSTM方法主要包括网络结构设计、模型训练、目标函数设定和预测过程的算法实现等。高超声速飞行器烧蚀模型不同位置后退量时间序列预测与试验对比发现：最小二乘法主要适合烧蚀后退量为线性区域的拟合与预测;LSTM方法不但适用于烧蚀后退量线性区域,还适合于端头边缘烧蚀后退量非线性变化区域数据的拟合与预测。     

固体火箭燃气舵气动设计研究

介绍了固体火箭燃气舵气动设计中的几个问题，包括喷流流场分析、舵体材料选择及其性能分析、舵体理论外形和气动特性设计以及风洞和点火测力试验等。将舵的气动特性要求和舵的强度、刚度及烧蚀量等要求综合起来考虑，可以使燃气舵的研制一次成功。     

飞行器热解炭化材料烧蚀产物对等离子体流场的影响规律

高速飞行器表面防热材料在气动加热产生的高温下会热解烧蚀,烧蚀产物进入空气边界层流场后,与流场中的高温空气发生复杂化学反应,对飞行器周围空气流场中组分浓度和等离子体分布产生影响.基于求解热化学非平衡Navier-Stokes方程,建立耦合烧蚀壁面的三维等离子体流场计算方法.理论预测电磁衰减测量项目第2次飞行试验(RAMC...     

分体式空气舵系统结构设计及试验研究

针对发动机/弹体结构一体化设计带来的整体式空气舵系统无法实现装配、结构尺寸过大导致全弹阻力增大及舵机冲击环境恶劣等问题,提出了分体式空气舵方案,开展了支撑刚度、传递刚度、轴承超载及预紧设计及试验验证等工作,解决了小尺寸舵系统设计及装配问题,有效降低了全弹阻力及舵系统冲击载荷。试验结果表明,与传统的整体式空气舵方案相比,分体式空气舵方案各项指标均满足要求,大大提高了空气舵系统设计的灵活性,提供了一种空气舵系统设计的新思路。     

功能梯度防热材料在高超声速飞行器热防护上的设计研究

研究梯度型防热材料的烧蚀/温度场计算方法,基于分层法,将梯度型防热材料平面结构划分成若干层,每层的材料参数按函数形式变化,在此基础上对材料的热防护方案进行烧蚀/温度场计算。通过与单层均质防热材料、单层均质低密度防热材料、双层式防热材料和夹层式防热材料计算结果的对比分析,指出梯度型防热材料的优势,以及运用于高超声速飞行器需关注和解决的问题。研究结果表明,梯度型防热材料在不增加表面的热解烧蚀量的情况下,能明显减少向内部结构传导的热量,大大减轻防热结构的重量,显示了在高超声速气动热防护领域极高的防热效率和应用前景。     

固体火箭燃气舵的结构分析

该文根据充分的试验数据,从材料的耐烧蚀性能和舵的几何尺寸及形状等方面,讨论了固体火箭燃气舵的结构设计要求和结构形式对烧蚀率的显著影响。     

飞行器气动加热烧蚀工程计算

高超声速飞行器设计时,为了对防热层气动热烧蚀情况及温度场进行快速预估,提出了集成气动热、材料烧蚀、瞬态温度场的耦合计算方法。通过算例对计算方法和程序进行了验证,表明该方法具有较高的效率和精度。在给定弹道条件下,实现了气动热、热防护材料烧蚀性能和弹体温度场耦合计算。通过该方法可以在高速飞行器设计阶段,快速计算出指定飞行工况下的防热材料烧蚀情况及温度场分布,为飞行器热防护层设计提供依据。     

舵面形状对铰链力矩的影响分析

为研究舵面形状对铰链力矩的影响,运用CFD技术模拟某无翼式布局弹箭在不同马赫数下的尾舵受力分布情况,分别对尾舵前缘根弦、后缘梢弦与后缘根弦进行小面积的裁剪,得到三组弹身-尾舵组合体,分别对各组合体进行数值模拟,得到各组合体在不同马赫数下的舵面压心、铰链力矩以及全弹气动特性系数。结果表明,裁剪尾舵前缘使舵面压心更分散; 裁剪尾舵后缘使舵面压心更集中,有利于铰链轴的设计,可有效减小铰链力矩; 裁剪尾舵对全弹的气动特性有微小的影响。     

基于流-固-热耦合的超声速弹箭尾翼强度分析

为评估超声速飞行时弹箭尾翼的安全性,结合弹道曲线,计算了某型火箭弹在不同马赫数下飞行时的稳态外流场,并研究了2 s内的瞬态传热。根据传热计算的结果调整了材料的力学性能参数,进而计算了在不同飞行马赫数下,弹箭尾翼受空气动力作用产生的总变形和等效应力。结果表明:弹箭以高马赫数飞行时,前缘翼尖温度最高,且高温由该位置向内部迅速传递,马赫数越大,升温越剧烈,导致翼片前缘出现烧蚀,因此高速飞行的弹箭应对尾翼等结构进行热防护处理。高温会使材料性能下降,在气动热和气动压力共同作用下,翼片会产生较大变形,且应力可能超过许用应力。最大变形量出现在前缘翼尖,最大应力出现在翼根靠近前缘处,且都随飞行马赫数增加而增大。     

基于三维两相CE/SE方法的点火位置对固体燃料PDE的影响研究

针对固体燃料的燃烧、爆轰在火箭发动机和火炸药领域的广泛应用,以铝粉/空气为例,在考虑其化学反应特征的基础上,建立了气固两相管内爆轰三维数学模型,并采用守恒元-求解元方法(CE/SE方法)求解。推导了三维两相含组份变化的雅可比矩阵。在经过编程计算之后,对其结果进行分析。结果表明:无论是采用哪种点火位置,都可以实现稳定爆轰。当采用壁面位置点火时,压力峰值出现的时间总是早于温度峰值出现的时间;当采用中心位置点火时,压力峰值与温度峰值到达的时间一致。计算结果对固体燃料PDE的研究具有一定的指导意义。     

纯碳/碳材料烧蚀对飞行器等离子体流场的影响

高速飞行器表面的防热材料在气动加热产生的高温下会分解烧蚀,烧蚀产物进入空气边界层流场后,与流场中的高温空气进行复杂化学反应,对飞行器周围空气流场中组分浓度和等离子体分布产生影响.通过高频等离子体风洞,采取高频感应加热的方式产生超音速高温气流,在相同外形的纯碳碳材料模型和铜制水冷模型周围形成高温绕流流场.利用朗缪尔探针对...     

超声速气流中多孔逆向射流减阻防热机理研究

为提高高超声速飞行器头部的减阻防热性能,对钝化前缘多孔逆向射流方案进行参数化研究。基于雷诺平均三维可压缩N-S方程,采用SST k-ω湍流模型对流场进行数值仿真,通过与公开文献中的实验数据进行对比,验证了数值方法的可靠性。重点对比分析了有无多孔逆向射流方案下钝化前缘的流场结构,多孔逆向射流的引入使飞行器头部流场发生变化,将飞行器头部前缘的弓形激波向外推移,使前缘展向壁面处于一个连续的低温环境中。结果表明,多孔逆向射流在减阻和热防护方面均能起到良好效果。     

冲压增程制导炮弹气动特性研究

为研究冲压增程制导炮弹在不同弹道阶段的气动特性,依据其工作原理与飞行特点,设计冲压助推、爬升飞行、滑翔控制状态所对应的3种气动外形。运用拼接网格技术与雷诺转捩模型,对冲压增程制导炮弹的三维流场与气动特性进行模拟和数值计算。结果表明：3种气动外形与相同外形参数（除舵翼与头部母线外）但不采用冲压结构形式的鸭式布局制导炮弹（参考弹）相比,升阻力系数规律一致;冲压助推、滑翔控制、爬升飞行外形在相同条件下对应的阻力系数依次递减,分别较参考弹阻力系数增大约50.5%、42.9%、33%;滑翔控制外形因鸭舵展开,相同条件下升力系数较其他两种外形大,又因进气道限制了鸭舵面积,相同条件下升力系数较参考弹小（约小11.9%）;弹体摆动减小了冲压发动机进气道的流量系数和总压恢复系数,对其总体性能产生了不利影响。     

无翼式布局制导火箭弹俯仰操纵气动特性

为了研究某无翼式布局制导火箭弹进行俯仰操纵时非线性气动特性对弹箭操纵性的影响,通过模型风洞试验和数值计算相结合的方法,分析了不同马赫数、舵偏角和攻角等因素对该火箭弹气动特性的影响。对模型进行超声速风洞试验,试验结果表明,俯仰操纵负舵偏角时俯仰力矩系数导数随攻角先增大后减小,正舵偏角时俯仰力矩系数导数随攻角先减小后增大。采用ANSYS FLUENT对不同工况下该弹气动特性进行数值计算,计算结果表明,得到的俯仰力矩与风洞实验结果吻合较好,最大误差仅为4.6%。各部件气动特性分析结果表明:弹身的压心在负舵偏角时前移,正舵偏角时后移; 上尾舵受弹身干扰影响法向力效率降低; 负舵偏角时下尾舵的法向力系数导数随攻角减小,正舵偏角时下尾舵的法向力系数导数随攻角增大; 各部件共同作用下弹箭气动特性呈非线性。