火箭推力测量用双量程力传感器初探

分析了单室双推力火箭发动机两级推力及动态力测试中存在的问题,并由此设计了可兼顾单室双推力火箭发动机两级推力测试的新型双量程测力传感器。分析表明,这种双量程测力传感器既可以连续测量发动机两级推力,又提高了其测量灵敏度和精度。     

固体火箭发动机总体设计

固体火箭发动机是非常复杂的系统,在武器系统设计中有举足轻重的作用.发动机性能指标主要通过试验来测试,针对目前发动机测试系统的复杂性及测试数据的可靠性现状,基于数值仿真对固体火箭发动机总体性能进行了分析.采用四阶龙格库塔法对固体火箭发动机进行了装药设计和内弹道计算,利用有限体积法和线性粘弹性理论进行了燃气冲刷初始装药通道仿真计算及装药在低温和承压下结构完整性分析.结果表明:数值计算结果与试验数据较为一致,该分析方法可对新产品研制、论证具有一定参考价值.     

通气超空化对水下火箭发动机性能影响

火箭发动机具有功率密度大、推力大等优势,常被用作主动攻击高速水中兵器的推进器.然而,火箭发动机在水下工作时喷管出口压力发生剧烈脉动,进而影响发动机的推力性能,甚至造成安全事故.为研究火箭发动机在水下的工作特性和尾流场特性,基于VOF多相流模型和理想气体模型,建立了高温高压燃气水下超声速喷流的数值模型,分别在单相水来流和通气超空化来流条件下对火箭发动机的内外流场进行仿真计算,获得了通气超空泡、工作压力等因素对火箭发动机尾喷流场的影响规律.研究结果表明:无通气超空化时,尾喷流存在明显的颈缩、胀鼓、回击等非定常现象,发动机推力剧烈脉动;存在通气超空化时,火箭发动机喷出的燃气与超空泡内气体掺混排出,尾流场的非定常特性显著减弱,发动机推力未产生剧烈脉动;当发动机工作压力增大为设计压力一倍时,在无空化条件下燃气流量及发动机推力分别产生30.4%和20.6%的振荡幅度,在通气超空化条件下发动机的工作性能几乎不受工作压力的影响.     

基于等值面(Level Set)函数方法的复杂装药燃面算法研究

通过使用等值面（Level Set）函数界面追踪方法，将固体火箭发动机燃面看作不同物质界面，建立了新的燃面算法，通过追踪固体装药燃烧界面计算出燃面变化规律。采用高精度Weighted—ENO和TVD Runge—Kutta进行数值求解，该方法可以计算复杂几何构形的发动机装药、含缺陷装药和变燃速装药的构型变化和燃烧面积，具有良好的通用性和准确性。新的燃面算法具有了界面追踪的能力，为固体火箭发动机内弹道计算以及装药燃烧与发动机内流场数值模拟耦合计算提供了良好的接口条件。     

固体火箭发动机集成初步设计CAD系统研究

系统论述固体火箭发动机设计的特征后,构造了发动机CAD系统框架,并对该系统的主要组成模块的设计进行了有效的探索,加速了CAD技术在固体火箭发动机设计中的应用。已成功地研制了系统的几个重要模块,在工程中得到了应用,并提出了可行的深入研究方案。研究结果可为固体火箭发动机CAD系统研制提供重要的技术参考。     

双基推进剂固体火箭发动机点火试验研究

本文以多个型号双基推进剂固体火箭发动机研制为基础,通过传统经验公式计算点火药量,进行了发动机地面点火试验研究。试验结果表明,传统经验公式适用于常规发动机,小型双基推进剂固体火箭发动机点火效率较低,应调整能量损失修正系数,适当提高点火药量,以改善点火性能。     

发动机测试中温度数据的融合方法

由于发动机测试过程中存在着许多不可避免的疏忽误差,如不对数据进行必要的消除误差的处理,将直接影响对发动机运行状态的客观评价,而采用传统的数据处理方法并不能满足越来越高的测试精度要求,提升硬件系统又将大大增加系统成本投入,不适合大多数小型测试系统的开发和使用.本文介绍了在发动机测试实验中,一种用于温度(冷却水温度、机油温度等)数据采集,基于多传感器(N<10)的数据处理方法:采用分布图法剔除疏忽误差并利用算术平均值算法与分批估计相结合的方法对数据进行融合处理,以估算出温度真值.     

固体火箭发动机地面点火试验概述

本文简要介绍了固体火箭发动机地面点火试验的目的,对固体发动机地面点火试验类型及其原理、试验设备进行了简要概述,最后,提出了固体火箭发动机地面点火试验发展趋势.     

脉冲爆震发动机引射器增推性能的实验研究

为了研究脉冲爆震燃烧这种耦合有复杂激波结构的非稳态脉动气流的引射增推性能,采用汽油为燃料、空气为氧化剂,对基于爆震燃烧的脉冲爆震发动机在加引射器前后的推力进行了实验测试。实验采用在技术比较成熟的内径60 mm脉冲爆震火箭发动机上安装内径120 mm的引射器,分别测试了15 Hz、20 Hz、25 Hz、30 Hz 4种不同频率下,引射器与发动机11种不同相对轴向位置处的推力增益。实验发现脉冲爆震发动机引射器能很好地提高发动机推力,当引射器入口位于发动机出口上游位置比处于其下游时推力增益较好,最大推力增益可达158%;并且发动机高频比低频产生的推力增益大。     

浅谈某型号固体火箭发动机的失效分析

本文从某型号固体火箭发动机的特点和结构入手,对固体火箭发动机瞎火和提前工作两类典型失效事件进行分析,确定造成失效事件的主要原因,确定保证该型号固体火箭发动机的可靠性,降低其失效事件发生概率的有效措施是改进点火装置点火系统及延时系统,改善主装药本身的强度和稳定性.     

永磁同步直线电机推力特性的静态与动态测试

用静态和动态两种测试方法,对永磁有铁芯直线电机的推力性能进行测试。论述了两种测试的原理、方案,设计了静态与动态测试系统;静态测试方法主要用来测定直线电机的定位力、最大推力、绕组的并联支路数对电机最大推力的影响。动态测试采用一种创新的方法,能够在电机动子正常运行时,在线测试永磁直线电机的推力曲线,包括某一位置的电流——推力关系,提出了引起推力波动的主要原因。     

空间拦截器动力系统小推力高压燃烧室特性研究

介绍了空间拦截器服务系统性能参数预测数学模型，以及数学模型的求解方法。利用此数学模型对高室压和低室压情况下空间拦截器动力系统特性和小推力液体火箭燃烧室的性能进行了计算，简要分析评价了小推力高压燃烧室性能优缺点。     

On the Transient Numerical Simulation of Solid Rocket Motor by Coupling Quasi One-Dimension Internal Flow with Three- Dimension Propellant Grain Burnback

固体火箭发动机内三维药柱燃烧的瞬态拟一维流场仿真

段娟^1,2,熊永亮^1,2,胡宁东^1,2

（1．华中科技大学 力学系,武汉 430074;

2．湖北省工程结构分析与安全评定重点实验室,武汉 430074）

创新点说明：

开发了固体火箭发动机内弹道混合维度求解器——耦合三维水平集法与一维TVD-MacCormack法降阶求解三维固体药柱燃烧退移时的瞬态流场及主要性能参数,该求解器可计算出较高精度的流场参数。

研究目的：

利用拟一维可压缩流场代替三维瞬态流场,并耦合三维水平集法从而降低固体发动机瞬态仿真的计算量,为进一步研究与指导设计提供可行性指导。

研究方法：

文中利用水平集法来捕捉三维药柱的实时界面并以此确定流场计算域,同时利用一维流场代替三维流场可大大节省计算成本,其原理是因为在药柱燃烧过程中径向和周向的流场参数变化对内部流场的影响相对较小。水平集法利用五阶WENO格式的有限差分进行离散,一维流场使用TVD-MacCormack法进行求解。耦合方法中考虑了药柱燃烧速率和喉部烧蚀对流场参数的影响。

结果与结论：

使用三维水平集耦合一维流场法可以准确高效地计算出药柱退移过程中的流场参数。为实际三维发动机整体工作过程仿真提供可行性实施方案。

关键词：瞬态可压缩流场求解器,固体火箭发动机内弹道仿真,水平集法,固体火箭发动机

     

面向航程能力的固体火箭发动机方案设计优化

为解决飞行器航程最优为目标的固体火箭发动机方案设计优化问题,在固定规模约束下建立了复杂三维发动机装药、壳体和喷管的几何参数化模型及推力、质量的性能模型,同时,根据助推滑翔飞行器飞行环境严酷、性能要求高等特点,建立了多约束飞行器航程能力评估模型,然后采用改进自适应Legendre-Gauss-Radau伪谱法评估当前发动机方案对应的飞行器最大航程,构建了含约束的混合整数参数优化问题。针对高耗时混合整数参数优化问题,引入Kriging代理模型,对实数型序列近似优化算法进行了调整,加入了整数约束。针对传统全局加点准则收敛速度慢的问题,提出了局部增强策略,并进行了数值验证。仿真结果表明：采用改进自适应伪谱法得到的飞行轨迹满足全部约束要求,相对于初始固体火箭发动机方案,优化后的发动机方案对应的最大航程提升了12.89%,改进算法的优化结果与遗传算法一致,但耗时函数的调用次数仅为后者的2%,且相比于传统序列近似优化算法,该算法具有一定的全局搜索能力,有效改善了收敛速度。     

固体火箭发动机地面试验测量系统可靠性评估

针对固体火箭发动机地面试验测量系统的可靠性评估问题,介绍修正极大似然和序贯压缩相结合的方法（CMSR）,将CMSR方法实际应用到固体火箭发动机地面试验测量系统的可靠性分析中,并依据试验数据计算出系统的可靠性置信下限。     

发动机试验数据采集与处理——微机在发动机测试上的应用

发动机试验是评价和改进其性能的前提。本文论述了利用微型机数据采集与处理系统来提高发动机试验精度和效率的方法。     

动磁式横向磁通直线振荡电机设计

为了实现具有高可靠性的短行程高频往复运动,提出一种动磁式横向磁通直线振荡电机.该电机由单相电源驱动,铁芯叠装方式与普通旋转电机相同,具有结构简单紧凑,动子质量轻,加工难度小,力特性好等优点,适合用于人工心脏、泵、压缩机等领域.针对该电机运行特点,建立电机等效数学模型,推导电磁推力的计算公式与系统的谐振频率,采用三维有限元模型确定电机内外定子和永磁体的设计依据,提出测试方法,并测得样机的静态电磁推力与谐振频率特性.结果表明,电机在等效机械谐振点运行时获得较高的效率且推力与绕组电流成正比.     

小推力火箭发动机羽流流场数值仿真

研究了小推力火箭发动机羽流流场，通过求解Navier—Stokes方程对其进行了数值仿真；采用结构和非结构网格并分别用TTM方法和Delaunay三角形方法来生成；利用压力隐式算子分裂(PISO)计算方法，得到了几种羽流流场参数，为进一步预测羽流效应打下了基础。