新型HAN基液体推进剂EMP-01液滴电点火特性

为探究新型硝酸羟胺(HAN)基液体推进剂EMP-01液滴点火特性,搭建了通过将液滴静置在半球形凹槽内并插入电极的液滴电点火实验平台,在液滴直径6.5 mm、电极间距0.5 mm、电压加载速率为86.31 V·s^-1的工况下,研究了EMP-01液滴的电点火燃烧特性,确定了着火延迟时间;同时,不改变液滴直径以及电极间距,研究了电压加载速率为34.20～246.37 V·s^-1时液滴着火延迟时间与燃烧过程的变化规律。结果表明,电点火燃烧中,EMP-01液滴分依次经历为加热、热分解、燃烧3个阶段,并且在热分解阶段会产生周期性的膨胀收缩。电压加载速率为34.20 V·s^-1时,EMP-01液滴无法成功点火;电压加载速率为49.49～246.37 V·s^-1时,随着电压加载速率增加,EMP-01液滴着火延迟时间不断减小,且减小速率逐渐变缓。     

HAN基液体发射药液滴的光学层析研究

应用光学层析的方法显示了ＨＡＮ基液滴ＬＰ１８４６常压下，热分解及点火燃烧过程，该显示系统将多媒体技术与光学层析技术结合在一起，实现了液滴受热变化到点火燃烧过程显示与定量计算的有机结合，为液滴特性研究提供了新的研究手段，也为光学层析技术开辟了新的应用领域。     

液体推进剂LP1846点火的分歧分析

提出了一种新的液体推进剂点火判据的分析方法──分歧分析法。根据ＬＰ１８４６挂滴实验提出了点火模型，模型中考虑了化学反应、热辐射对能量的贡献，给出了能量方程及浓度变化方程。文中认为点火是一种突变现象，应用分歧理论求出了相应的点火判据。通过对点火判据的分析，表明理论与实验符合得较好。     

液体推进剂液滴电点火特性的实验研究

为了研究HAN基液体推进剂电点火特性,设计了液体推进剂液滴低压电加热点火模拟试验装置,利用高速录像系统,观测了HAN基液体推进剂LP1846单滴在不同电加热速率下的点火特性,结果表明,LP1846液滴在通电时主要经历四个特征过程,即:蒸发过程、周期性膨胀收缩过程、热分解过程和着火燃烧过程,且在膨胀收缩过程中伴有微爆现象发生。电压加载速率从80 V.s-1增大到140 V.s-1过程中,液滴着火延迟期从0.82 s变为0.62 s,呈线性缩短,且着火时火焰越明亮。     

激光点火过程的二维数值模拟

分析了激光点火过程的机理，针对激光点火过程的二维“热点”效应建立了二维数学模型，利用有限差分法进行求解，模拟结果反映了激光点火的过程，并模拟了不同参数对点火延迟时间的影响。     

基于单胞体模型的复合固体推进剂松弛模量衰减过程数值模拟

为研究复合固体推进剂松弛模量的衰减,依据复合固体推进剂组分建立单胞体模型。根据复合固体推进剂5%定应变下的松弛模量,利用有限元计算方法和均匀化理论对基体材料的松弛模量进行参数反演。在此基础上,研究了复合固体推进剂单胞体模型在不同定应变水平下的松弛模量,并计算了单胞体模型的拉伸过程。根据Boltzmann叠加原理及广义胡克定律计算了单胞体模型拉伸过程中松弛模量的变化。结果表明,复合固体推进剂松弛模量有明显的应变相关性,并且在拉伸过程中模量的衰减与载荷历程相关。     

烤燃弹热点火的LS-DYNA数值模拟研究

为了提高弹箭武器的可靠性,必须对其在一定热条件下的安全性进行评估。文中针对研究含能材料热安定性的烤燃试验,建立了烤燃弹的数值计算模型,利用LS-DYNA3D有限元程序中的热力耦合分析功能对烤燃弹在不同升温速率下的内部传热及炸药和壳体热膨胀的准静态过程进行了数值模拟,得到了炸药的点火时间、点火温度、点火位置以及炸药点火前壳体及炸药热膨胀的幅度、烤燃弹中的压力分布、等效应力及等效应变云图。结果表明,随着升温速率的提高,炸药的点火时间是逐渐缩短的,点火时壳体的温度是逐渐上升的;炸药的点火位置同时也是点火前装置中压力的最高点,装置中等效应力和等效应变的最大值出现在炸药中,与壳体相邻的圆柱环形区域。     

一种两相流点火模型及数值模拟

底排点火具对底排药剂点火的不一致性是引起底部排气弹射程散布的重要因素之一。为了研究导致点火不一致性的因素和揭示点火机理,分析了某155 mm底部排气弹出膛口后点火具对底排药柱二次点火的过程和特点。基于气体—颗粒两相射流理论,提出了一种两相流强化点火模型。该模型综合考虑了纯燃气与两相射流耦合过程,以及固体—气体或液体—气体两相流对固体底排药的热辐射、热对流和热传导复合传热机制。针对底排装置出膛口后的二次点火过程进行了数值模拟,计算得到了底排药剂软化时间和点火延迟时间,数值模拟结果与实验结果基本吻合。该模型对固体火药类似点火过程具有普适性。     

横向过载对固体火箭发动机推进剂点火建压过程的影响

大过载下固体火箭燃烧与流动状态的剧烈变化会导致内弹道出现异常,严重时可能会引起发动机点火失败。为研究横向过载时点火内弹道特性,建立囊括流场惯性过载效应、过载燃烧效应和侵蚀燃烧效应的点火模型。对不同横向过载下燃烧室压力和侵蚀与过载效应燃速增速占比进行计算,并给出了推进剂火焰传播速度与升压速率的关系。结果表明：正向过载下压力峰值增加,负向过载下压力峰值降低;正向过载下,推进剂前段主要由过载效应影响,后段主要由侵蚀效应影响;正向过载加剧下游侵蚀效应,而负向过载对推进剂的燃烧起削弱作用,但程度较弱、持续时间较短;火焰传播速度峰值时刻、推进剂表面首次全部点燃时刻和升压速率峰值点时刻几乎一致,工程上可以用实验中获得的升压速率分析推进剂表面燃烧状况。     

B炸药落锤撞击点火的数值模拟

采用用热力耦合方法,选择有限元软件ANSYS/LS_DYNA中带热效应的弹性-粘塑性材料模型,考虑炸药自身的反应放热,以生热速率模拟炸药发生的化学放热反应,研究了混合炸药在落锤撞击下的点火特性和热点形成规律。以Comp.B炸药为算例,建立了撞击感度的有限元模型。结果表明,该数值模拟法模拟炸药瞬态放热和炸药内部产生的急剧温升是可行的。随着上击柱速度的增大,Comp.B炸药内部的高温热点越易形成。当上击柱速度为5 m·s-1时热点温度增大,0.7 ms时形成接近或超过临界温度的热点并发生点火反应。计算结果为判断炸药撞击点火提供了理论依据。     

RLPG振荡燃烧简化模型及数值模拟

以再生式液体发射药火炮(RLPG)为工程背景,建立了RLPG振荡燃烧简化模型.假设液体发射药喷入燃烧室后形成一定比例的球形液滴和块状液面,且块状液面的燃烧具有一定的随机性.液滴与液面均按指数燃速规律释放能量.数值求解RLPG内弹道方程组,得到的p-t曲线较好地模拟出23 mm RLPG燃烧室和贮液室的压力振荡现象.     

阶梯装药固体火箭发动机点火内流场特性研究

针对两节阶梯装药在火箭弹中的应用,对该类型固体火箭发动机点火内流场特性进行数值模拟。运用FLUENT软件进行二维轴对称非定常数值分析,通过UDF编程,采用表面单元格临界点火准则实现推进剂表面不同部位单元格的燃气加质,计算得到了前后燃烧室的不同部位压力分布及变化情况和点火器喷孔附近的激波传递情况。研究结果表明,该方法能够较好的预示点火内流场的特性,可以为阶梯装药发动机的点火性能研究和点火设计提供理论依据。     

丁羟推进剂花板浇注过程数值仿真

为研究丁羟推进剂浇注过程中流场结构,使用改进后的Herschel-Bulkley黏度模型对药浆花板浇注过程进行了数值模拟,并与实验数据进行了对比。结果显示:在通过花板孔后药浆会发生汇流,汇流后的药浆在重力作用下在发动机壳体内堆积,堆积表面呈现不规则的凹凸状,但在重力作用下,药浆会逐渐流平并填满空腔,未形成空洞。被花板分割的药条一部分汇聚后沿翼片间凹槽向下流动,一部分直接向下流动,流动过程中出现拉伸断裂的现象。浇注所需总时间为104 min,浇注药浆总质量为160.3 kg,平均质量流率为5.4 g·(hole·min)-1,仿真计算值与实测值误差分别为8.65%、2.06%和5.93%。     

19孔发射药挤出过程的数值模拟与模具优化

高黏度药料挤出成型19孔发射药过程会出现模针断裂和无法成型的现象。本研究采用有限元方法,模拟了药料的流动情况。分析了模具压缩比、成型段长度和针架结构对流道内压力场、速度场的影响,获得合理的模具结构。优化后模具压缩比为4.25,成型段长度为26.0mm,并优化针架结构,增加轴向流动的药料。结果显示,优化后流道内最大压力减小40.45%,模针所受最大径向合力减小37.45%,流道内最大径向分速度减小66.98%。优化后模具挤出的19孔发射药组成均匀,表面光滑,内孔分布良好。定容燃烧结果表明,该19孔发射药燃烧稳定,并具有优良的渐增性。     

激光多点点火二维两相流数值模拟

激光点火技术是一种新型点传火技术,为了研究激光多点点火对膛内压力波动、燃烧稳定性等的影响进行了数值模拟。以某短身管30 mm火炮激光点火过程为研究对象,建立了二维两相流数学物理模型,采用MacCormack两步预估校正差分格式及运动控制体运动边界处理方法实现数值计算。数值计算结果与实验有较好的一致性,对激光点火系统设计具有参考意义。     

大口径火炮发射装药点传火模拟试验装置的研究

设计了一种大口径火炮发射装药点传火系统的模拟试验装置,用于测定大口径火炮装药点传火实体的燃烧特性。通过在该模拟试验装置上进行不同点传火结构方案的试验研究,筛选优化出点传火结构方案,进行了装药内弹道验证试验,测得膛压曲线光滑,压差曲线呈衰减状。实验说明该模拟装置,可以对不同点传火结构方案进行对比、筛选,为大口径火炮装药点传火结构设计以及火炮射击试验初期的安全评估,具有指导作用。     

液体发射药迫击炮内弹道建模及性能分析

为了将液体发射药技术应用于迫击炮,针对液体药侧喷结构,在考虑迫击炮基本装药燃烧过程,并计及活塞气室气孔对燃气的节流作用的基础上,建立了再生式液体发射药迫击炮内弹道模型。数值模拟了液体发射药迫击炮内弹道过程,分析了活塞气室气孔、喷射启动压力、喷射孔面积、液体发射药装药量等结构参数对迫击炮内弹道性能的影响,结果表明:活塞气室导气孔面积、喷射孔面积对各腔室的压力及弹丸初速影响较大; 液体发射药装药量对初速提高有明显作用,通过匹配系统结构参数及装填条件,在不增大最大膛压的同时可有效提高初速。该文所建模型将为液体发射药迫击炮结构优化和样机研制提供理论参考。