膏体推进剂火箭多次点火系统设计与仿真

针对膏体推进剂火箭发动机多次点火时间间隔的受限问题,提出了等离子点火方案;根据离子多次点火的工作流程,设计了多次点火系统,并对各个部分组成进行了介绍;在分析了等离子弧的电特性的基础上,详细介绍了控制部分模糊控制原理的设计,实现了整个点火过程的状态识别、控制和检测;同时,进行了MATLAB和半物理实验仿真。结果表明：系统能够满足膏体推进剂火箭发动机多次点火需求,控制性能良好,达到了设计任务。     

膏体推进剂火箭发动机点火特性

为研究膏体推进剂火箭发动机点火工作特性,推导了膏体推进剂燃面变化模型和各阶段燃面方程,编制了发动机点火特性参数计算程序,计算了不同输运管道孔径以及膏体推进剂初始堆积量下瞬态燃烧室压力。设计了膏体推进剂火箭发动机热试车试验系统,成功进行了点火试验,分析了膏体推进剂火箭发动机点火工作过程中四个阶段的特性。结果表明:燃烧室平均压强的计算结果与试验数据吻合较好,计算误差小于5.7%,该计算程序适用于膏体推进剂火箭发动机点火特性参数计算;膏体推进剂初始堆积量增加一倍,初始压力峰值平均增加42.8%;输运管道孔径减小60%,初始燃烧时间平均减小66.5%,余药燃烧时间平均下降26.1%。发动机点火试验时,减小膏体推进剂初始堆积量,可降低燃烧室初始压力峰、增大稳定燃烧时间,另外减小输运管道孔径,可明显增大发动机稳定燃烧时间。     

喷嘴型面对膏体火箭内弹道的影响

为研究燃面变化对膏体火箭发动机内弹道调节精度的影响,根据膏体火箭发动机的工作原理,分别推导了直圆管喷嘴和锥形扩张喷嘴型面下的膏体推进剂燃面方程,建立了膏体火箭发动机零维内弹道模型,分析了喷嘴型面对发动机内弹道性能的影响,并进行了直圆管喷嘴发动机试验.结果表明,直圆管喷嘴下计算的点火时间比试验结果短,但平衡时间及平衡压强与试验结果基本吻合,喷嘴型面变化对发动机平衡时间影响很大.     

膏体推进剂等离子弧多次点火引弧器的设计

根据膏体推进剂火箭发动机等离子弧多次点火的设计要求,设计了一种脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)型引弧器.该引弧器采用单端反激式升压电路、功率型PWM推动,自动检测等离子点火器状态并调整相应的工作模式,实现引弧和稳弧双重功能.试验结果表明其引弧能力强,满足等离子点火器对高频引弧器引弧能力的高要求,达到了设计的最初目的.     

金属/水反应膏体燃料冲压发动机供应系统研究

文中以建立新型超高速航行体动力能源供应系统为目的,首次提出以金属粉末膏体燃烧剂为推进剂,供应系统以挤压供应方式的构想.应用化学热力学、固体火箭发动机和液体火箭发动机原理,建立了数学模型,并对铝粉末和铝、镁粉末混合燃料的燃烧性能进行了仿真计算,计算结果表明：采用铝、镁粉末混合燃料为推进剂构成金属水反应燃料冲压发动机的能供系统方案是可行的.     

点火过程对小型固体火箭发动机内弹道影响

为了研究某小型固体火箭发动机点火过程对内弹道性能的影响,建立包含点火过程的小型固体火箭发动机的内弹道数值研究模型和试验验证方案,对点火药量为1.0 g、0.8 g、0.6 g和0.4 g的发动机进行了内弹道数值研究,试验研究了点火药量为1.0 g和0.8 g两种情况,数值计算结果与试验结果基本一致。研究结果表明:小型固体火箭发动机由于燃烧室体积小,点火过程对内弹道影响明显;点火药量越大,点火药装填密度越大,引起压力峰值越大,稳定工作时间越短;经验估算得到的1.0 g点火药量产生了过高的压力,是稳定压力的三倍,0.8 g的点火药量能够满足点火可靠性和总体设计要求,产生最大压力为27.08 MPa,稳定工作时长159 ms,建议该小型火箭发动机的点火药量为0.8 g。     

固体火箭推进剂的模拟低温点火冲击试验加载方法研究

固体火箭推进剂低温下点火瞬间高速加载的耦合作用可能会导致推进剂结构发生破坏,针对此问题,利用推进剂中止熄火的原理,设计了一种中止压力可控模拟点火冲击试验装置,以点火药燃烧产生的燃气对推进剂进行模拟点火冲击。点火压力根据药室容积和点火药量之间的计算公式确定,中止压力通过爆破片破片压力控制。通过对点火冲击过程的压力与时间和升压速率与时间关系曲线分析,得知点火压力和点火方式对点火药燃气的升压速率影响较大。多次重复试验表明：该加载方法中止压力可控,压力偏差<±5%;弱点火时升压速率为2 000 MPa/s,强点火时升压速率达到5 000 MPa/s, 高于通常发动机点火的升压速率;可作为固体火箭推进剂模拟低温点火冲击的研究手段。     

固体火箭发动机点火装置安装位置对点火性能的影响研究

为实现某小型固体火箭发动机的可靠点火启动,设计了尾部和头部两种点火方案,进行了发动机的地面点火试验,分析了点火装置安装位置对点火性能的影响.试验结果表明,点火装置安装在喷管堵盖上的尾部点火方案不利于发动机的点火启动;相比于尾部点火方案,点火装置安装在发动机前封头上的头部点火方案所需点火药量减少50%,且各项技术指标满足设计要求,点火性能明显提高.     

硼在固体推进剂中的应用展望

对硼颗粒的点火和燃烧特性研究进行了简要的叙述, 结合硼颗粒点火和燃烧研究进展及其应用情况, 认为以下四方面将会促进硼在固体推进剂中的应用, 即固体火箭发动机整体级方案选用洁净固体推进剂技术、高性能火箭发动机技术、新材料合成技术的发展促进硼在固体推进剂中的应用以及硼在调节固体推进剂燃烧特性中所起的作用.     

使用缓燃推进剂的小型点火器点火技术研究

为可靠点燃某运载火箭芯级发动机的主装药(缓燃双基推进剂),并满足低温(-40℃)可靠点火和高温(50℃)点火压力峰值不高的设计要求,通过设计点火方式、选择点火药、设计点火药盒结构及试验,确定了点火药为高能药与双基药片,点火方式为逐级点火,点火药盒结构采用多个排气孔的设计方案。经验证表明,该方案满足技术要求。