整体式固体火箭冲压发动机尾喷管堵盖研究

根据整体式固体火箭冲压发动机的工作情况,分析了尾喷管堵盖的设计要求,确定了环氧树脂胶的粘接方案,提出了易碎式堵盖和简易球面堵盖两种设计方案。通过有限元仿真对方案进行了优化设计,并对简易球面堵盖进行了验证试验,结果表明该方案满足设计要求。     

发射箱后盖构型对箱内初始冲击波形成的影响

为解决某型号发射装置工作过程中箱内冲击波强度不足的问题,采用数值模拟方法,结合动态网格自适应技术,对燃气冲击波开盖技术中涉及到的流动现象和箱内初始冲击波的产生机制进行研究。通过与相关试验结果对比分析验证所提数值方法的精度,以及当前自适应方法在对关心的流场特征,如冲击波阵面、接触间断等,进行动态加密或稀疏时有可靠的性能。以平板型后盖为例(原始设计)详细阐述了箱内冲击波的演化机制,为更好地认识该技术的工作机制提供帮助;进一步对比了穹顶型后盖对箱内冲击波形成的影响。研究结果表明,与平板型后盖相比,采用穹顶型后盖结构后,可影响气流与箱体尾部侧壁撞击时的角度,减缓该位置湍流区域的形成,从而显著提升箱内初始冲击波强度,使作用在前盖上的超压峰值增加约48%。所得研究结果对发射箱总体方案的设计具有重要的理论意义和工程应用价值。     

车载冷发射刚柔耦合动力学建模与仿真

为了分析大跨度柔性车架和起竖托架对车载冷发射系统动态响应的影响,满足快速化和精确化仿真的需要,针对车载冷发射系统典型结构和弹射物理过程,基于笛卡尔坐标方法描述体的运动,以适应发射车约束复杂的特点。采用浮动坐标系方法描述柔性体的变形,通过模态综合法缩减系统的自由度数,并提出采用赫兹接触模型模拟弹重的释放过程,最终建立了车载冷发射系统刚柔耦合动力学快速仿真模型。分别基于弹射模拟试验系统和实装系统对仿真模型进行了试验验证和仿真验证,并进行了车载冷发射刚柔耦合动力学响应分析。结果表明：提出的刚柔耦合仿真模型能够快速有效地分析车载冷发射弹射过程的动态响应特性,满足工程设计的需要;柔性车架模型比刚性车架模型更合理,而且弹射过程发射管口x向相图的奇异点为稳定焦点,说明车载冷发射系统能够恢复到稳定平衡状态。     

贮运发射箱内燃气射流的非定常冲击波流场数值模拟

文中对贮运发射箱内燃气射流产生的初始冲击波流场进行了非定常数值模拟.通过分析发射箱壁面上各个测点上的压力变化曲线,了解了冲击波在发射箱内的传播过程.通过对前端盖附近处浏点压力的分析,得到了有时可以利用冲击波的超压峰值来完成发射箱开盖动作的结论.在数值计算的过程中,采用标准k-ε(二方程模型,压力项采用二阶差分格式.计算所得到的结论对工程中贮运发射箱开盖过程的设计具有一定的指导作用.     

复合材料易碎弹实验测试与仿真分析研究

基于分离式霍普金森压杆(SHPB)实验获取复合材料易碎弹及航空有机玻璃的材料动态力学参数,选择合理描述易碎弹与有机玻璃材料的本构模型;采用显示动力学分析软件LS-DYNA中的光滑粒子流体动力学(SPH)方法对易碎弹侵彻靶板全过程进行仿真分析。通过仿真分析研究易碎弹着靶速度、入射角度对弹体破碎和靶板毁伤的影响规律,对比不同工况下子弹的破碎效果及毁伤性能,分析总结相关规律。结果表明:子弹的破碎效果及毁伤性能随着入射速度的增大提高明显;相同速度下,子弹垂直入射靶板其破碎与毁伤效果均要优于倾斜入射靶板。数值模拟方法及结果为易碎弹的研制提供了一定的理论参考依据。     

贮运发射箱易碎易裂盖自动开盖研究

为研究导弹发射时格栅式贮运发射箱易碎易裂盖自动开盖技术,文中建立了导弹和贮运发射箱二维模型,并求解非定常、雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程组和RNG k-ε湍流模型方程.结果表明:在格栅干扰下,燃气射流在冲破后盖过程中产生了更加强烈的扰动波;扰动波以超音速向前流动,并在前盖产生压力峰;扰动波速度和前盖压力峰值均与其强度正相关.仿真结果和试验相符,表明格栅式贮运发射箱自动开盖技术具有工程应用价值.     

过载条件下长尾喷管发动机三维两相流场数值研究

利用Euler-Lagrange模型方程,对某长尾管发动机内的三维两相流动进行了数值模拟,分析了不同颗粒直径、不同过载组合、不同铝粉含量对发动机内颗粒的分布特征的影响.计算结果表明 气相流场和两相流场区别明显;随着颗粒直径的增加,颗粒聚集浓度增加,且颗粒的运动规律变化明显;过载的变化对发动机装药段颗粒分布特征影响明显,对长尾段影响小,横向过载对颗粒运动轨迹和聚集浓度影响显著,纵向过载影响小;随着含铝量的增加,颗粒聚集浓度增加.     

基于能量耦合理论的转管炮发射动力学仿真

以某转管炮为研究对象,基于多能量范畴耦合理论,依据内源式FORC差动补偿原理,构建内源式FORC装置;建立了内外能源耦合控制系统的逻辑关系图,对转管炮进行了发射动力学仿真.在内能源与耦合能源两种射击状态下,得到全炮的后坐速度及后坐阻力数据.对比并分析仿真结果,得出在耦合能源作用下,转管炮的射速更趋于稳定.此仿真结果对转管武器的内外能源耦合研究具有一定的参考价值.     

内埋式航炮膛口流场特性数值模拟研究

为研究飞行速度对内埋式航炮膛口流场特性的影响,基于Navier-Stokes方程和k-ε湍流模型,采用Roe格式分别对4种飞行速度条件下的菱形机翼中内埋航炮膛口流场发展过程进行了数值模拟,对比分析了静止条件和超音速飞行状态下膛口流场的基本特征以及冲击波强度变化关系。结果表明：超音速飞行时形成由火药燃气冲击波、分离激波、滑移面等波系构成的膛口流场结构;在一定飞行速度范围内分离激波尺寸与来流马赫数正相关;膛口附近冲击波超压峰值变化与飞行马赫数有关。     

发射箱易碎后盖开启过程的数值计算

易碎盖技术在箱式或筒式发射中具有明显的优势,其开启过程涉及冲击波传播及射流运动等复杂的物理现象。利用动网格技术,以固体火箭发动机为研究对象,研究了易碎后盖开启过程,得到了后盖开启过程中流场压强和温度分布,并对开盖过程中燃气射流流场情况进行了分析。结果表明：冲击波在发动机射流径向一定范围内有较高的超压峰值,会对发射装置和周边设备产生破坏作用;后盖运动对燃气射流流动产生了影响,表现为燃气射流随着后盖向下运动而向下方传播的同时,由于受到后盖的阻挡发生反射回流现象;运动过程燃气流冲击作用逐渐变小,除核心区外后盖上的温度和压强也逐渐变小;后盖运动的仿真实验结果与实际试验数据一致,获得了较好相似性。     

高压弹射装置内弹道二维模型及发射腔内流场特性分析

高压弹射装置中火药先燃烧积聚成高压气体,后瞬间打开,弹射弹丸攻击目标。为了掌握这一过程中发射腔内流场的复杂变化,建立了高压弹射装置内弹道二维气相模型,采用Runger-Kutta算法和MacCormark差分格式耦合方法进行数值模拟,并将计算所得的压力曲线与试验结果进行对比,验证了数值计算的可靠性。进一步根据计算得到发射腔内气体压力、速度等参量的分布情况,分析发射腔内的流场特性。结果表明,弹射关键阶段在弹丸启动的较短时间内,高压气体大小和分布是影响弹丸弹射效果的直接因素。     

导弹热发射方式增推效能研究

为研究导弹热发射增推效能,设计了3种不同方式的排导空间。建立导弹热发射过程的控制方程和导弹全区域结构化网格模型,使用计算流体力学方法进行仿真,分别采用2阶迎风格式和全隐式方法进行空间离散和时间离散;计算了3种不同排导空间条件下导弹的出筒过程、出筒速度,分析导弹发射时筒内气动特征和导弹在发射筒内运动时增推力随导弹位移的变化过程。数值计算结果与原理验证试验结果符合较好。对不同条件下导弹出筒速度的仿真计算结果表明,采用筒式热发射,可以通过改变排导空间的方法实现燃气能量的再利用,将筒内燃气的气动力转换为推动导弹运动的推力,形成额外的增推力,提升导弹筒内运动速度,降低导弹出筒消耗的能量。     

火炮发射环境下弹载光电器件结构动态响应研究

为了研究弹载光电器件抗高过载机理,针对火炮发射环境特点,以某型特种弹所用弹载光电器件为例,建立了加装减载组件的弹载光电器件有限元分析模型并进行仿真分析。采用应力波理论,建立了反映弹载光电器件动力学过程的理论分析模型,计算求解作用于镜头的应力、相对位移和相对速度等,得到了弹载光电器件的动力学响应。结果表明：数值计算与仿真模拟结果有较好的一致性,验证了所建立的理论分析模型的正确性,可用于火炮发射环境下不同弹载器件的动态特性研究和抗高过载设计的理论分析。     

一种摆动喷管的流场和传热特性研究

针对某球窝式摆动喷管,采用两方程k-ε湍流模型,在摆动角度为0°和6°的情况下,对喷管内部流场进行三维数值计算;根据计算的流场,对喷管进行了传热数值模拟.分析了两种不同摆角对喷管内流场和热防护层的传热性能产生的影响.研究结果表明,该型喷管在小范围摆动时,喷管内流场变化较小,喷管入口处的流场发生偏转;喷管外壁面温度变化趋势基本保持一致,内壁面温度存在差异,喷管的热防护性能满足发动机的工作需求.     

鱼雷涡轮机斜切喷管内流场数值模拟

基于求解雷诺平均的Navier—Stokes方程组,对鱼雷燃气涡轮机斜切喷管内流场进行了数值模拟计算,研究了斜切喷管气动特性随膨胀比的变化关系。数值模拟结果表明,该文所使用的数值模拟方法能够较好地捕捉斜切喷管内部存在的各种复杂流动结构,合理地预测了斜切喷管内部流场随膨胀比的变化趋势;喷管处于膨胀过度状态时,喷管出口会出现激波,造成激波损失,激波与边界层干涉,使得流动损失进一步增大,引起喷管气动性能的迅速恶化,设计时应尽量避免;对于既定尺寸的喷管,膨胀比大于临界流量膨胀比时,通过喷管的燃气流量保持最大流量不变。     

非对称方形尾喷管内流场数值分析与推力特性研究

文中建立了非对称方形尾喷管及传统轴对称尾喷管的物理数学模型,基于N-S方程和RNG k-ε湍流模型,对两种尾喷管三维内流场进行了数值分析,研究了非对称方形尾喷管内部流动参数的变化趋势及其推力特性.结果表明:在相同收敛段、喷管长度和扩张比的条件下,两种喷管内的流动参数变化趋势一致与轴对称喷管相比,非对称方形尾喷管推力略低,但能够保证喷管的推力性能水平.     

与燃气射流耦合的易裂后盖开启过程数值分析

对于采用易裂盖的箱式发射系统,后盖开启过程与燃气射流流场相互影响。为了研究易裂后盖的开启过程,使用基于光滑方法和重构方法的动网格技术,将后盖裂片运动过程与燃气射流流场耦合,对整个开盖过程进行了仿真计算。得到了起始冲击波的作用过程以及发射箱内各监测点的压强曲线,并分析了燃气射流对后盖裂片的冲击作用以及对其运动过程产生的影响。结果表明,与非耦合工况的计算结果进行对比,耦合工况的结果更接近于实验数据。随着后盖裂片转动角度的不断增大,旋转力矩逐渐减小,裂片的转动速度经历了先快速上升、后缓慢下降的过程。     

导弹垂直发射燃气排导系统流场数值分析

为了深入了解垂直发射装置内流场结构,应用数值计算的方法对导弹垂直发射系统燃气射流流场进行了仿真模拟,并对垂直发射燃气排导系统内压强的分布情况进行分析;结果表明：导弹发射的过程中,起始冲击波在燃气排导系统内具有较高的超压峰值,燃气流的最大压力载荷出现在发射位压力室底部,为垂直发射装置的结构设计优化工作提供重要的理论基础。