含装药裂纹固体火箭发动机点火过程内流场数值模拟

基于裂纹流场与发动机内流场的耦合作用机理,利用裂纹出口流场参数来计算裂纹向燃烧室流场喷射质量流率的方法,对含装药裂纹固体火箭发动机点火过程的内流场进行了数值模拟,得到了内流场的分布情况,通过分析计算结果,总结出不同位置、不同几何尺寸的裂纹对发动机内流场的影响规律.     

固体火箭发动机瞬态内流场数值仿真

利用FLUENT的用户自定义函数定义固体推进剂燃面的边界移动和燃面的质量添加,考虑压力和流速对侵蚀效应的影响,对内孔燃烧固体火箭发动机的瞬态内流场进行了研究。采用标准kε湍流模型,隐式耦合算法计算了喷管和燃烧室一体化内流场。得到了内弹道各参数随时间变化和空间分布情况、装药动态燃烧过程,以及侵蚀效应对发动机燃烧室压力分布和固体火箭发动机工作过程的影响。     

阶梯装药火箭发动机点火升压瞬态波动特性

在火箭发动机点火升压瞬态过程中,内流场的压强和温度波动特性在很大程度上影响着推进剂装药燃烧的安全与稳定。针对阶梯装药火箭发动机的特殊装药结构形式,对其在点火升压瞬态过程中的压强和温度波动特性进行研究,通过设置不同的观测点,对前后燃烧室内外通道不同位置出现的波动特性进行对比分析,并且得到在点火升压过程中各点的压强和温度分布及变化情况,为阶梯装药发动机的装药抗热冲击性设计与分析提供参考。     

研究含缺陷固体推进剂装药需关注的方面

对固体推进剂裂纹腔中的对流燃烧流场进行了数值模拟,模拟中考虑了对流燃烧与裂纹变形间的相互耦合、侵蚀燃烧、燃气对推进剂表面的对流传热等多种因素的作用,得到了燃气压强、温度、速度沿裂纹长度方向的分布。通过分析,给出了含缺陷固体推进剂装药工作性能研究需关注的几个方面,为含缺陷固体火箭发动机建立判废标准提示了研究方向。     

横向过载下气-粒两相流对固体火箭发动机点火过程影响

固体火箭高速自旋诱发的过载环境会引起燃烧室内流动、传热和燃烧耦合关系的改变,致使发动机点火特性区别于常规点火,对点火可靠性和弹体安全产生潜在威胁。为了研究过载下固体火箭发动机点火过程特性,建立耦合颗粒惯性过载场、颗粒碰撞推进剂增强传热、推进剂侵蚀/过载耦合燃烧、流场惯性过载场效应的综合点火模型。对不同横向过载方向、大小以及颗粒粒径下点火过程进行计算,给出了动态气-粒分布特征,分析了颗粒粒径与过载大小对点火峰值压力p_max、点火滞后时间ξ₁、火焰传播时间ξ₂和火焰填充时间ξ₃的影响规律。研究结果表明：点火过程中过载方向引发气-粒分布规律存在明显差异,进而影响推进剂传热与内弹道在时域的缩短规律;相同过载环境下,粒径减小,点火滞后时间ξ₁和火焰传播时间ξ₂缩短,而对火焰填充时间ξ₃的影响基本可以忽略;在大长径比发动机中,点火颗粒粒径不变,点火延迟时间ξ随过载增加而缩短。     

星形装药发动机点火过程数值分析

星形是固体火箭发动机常用的装药形式,而其点火瞬时过程对发动机能否正常工作起着极为重要的作用.文中以Fluent软件为计算平台,采用UDF编译来实现点火燃气和推进剂燃气的质量、动量、能量向燃烧室的注入,结合kε两方程湍流模型、Pl辐射模型对某有堵盖的星形装药固体火箭发动机的点火瞬态过程进行三维数值计算.计算结果预示了各时刻下星形装药发动机燃烧室内的流场状态变化、火焰在星角内和轴向的传播规律.     

装药缺陷对固体火箭发动机内弹道性能的影响

采用仿真计算分析方法研究了管状推进剂装药缺陷的宽度、深度以及包覆层脱粘等因素对固体火箭发动机内弹道性能的影响规律。结果表明,随着固体推进剂装药裂纹深度与宽度比的增加,燃烧室内压强和裂纹出口气流速度也增加。管状药柱包覆层前端轴向脱粘可使燃面-肉厚曲线的斜率增加,装药的压强指数增大,最终可能造成燃烧室压力过高而解体爆炸。     

含装药缺陷固体火箭发动机点火瞬态内流场数值分析

应用FLUENT流体计算软件,用UDF接口编程进行二次开发,采用加源项的方法模拟燃烧室的加质,对固体火箭发动机内流场进行了数值模拟．采用结构化和非结构化网格,将四面体网格合成多面体网格从而提高计算精度,节省计算资源．主要分析了裂纹内的流动规律及裂纹对发动机主流场的影响．计算结果表明,当不考虑裂纹扩展时,裂纹的存在对发动机主流场的影响较小,裂纹的燃烧形成明显的射流;裂纹的燃烧增加了燃面面积,增大了升压梯度,缩短了点火时间．     

一种燃速可调的光控固体推进剂燃烧特性

为了研究光控固体推进剂在激光辐照下的可控燃烧特性以及推力性能,采用高速摄影、高精度压力传感器、R型热电偶以及微推力测试平台等装置分别获取了不同激光功率密度下,光控固体推进剂的燃速、点火延迟时间、燃烧室压强、燃烧火焰温度以及微推力等性能参数.结果表明:光控固体推进剂的燃速与燃烧室压强均随激光功率密度的增加而线性升高,与之相反,其点火延迟时间随激光功率密度的增加呈下降趋势.结合热电偶测温曲线,发现光控固体推进剂的燃烧过程主要分为五个区域:预热区、凝聚相区、三相区、气相区以及火焰区,与此同时,在1.343 W·mm-2的激光功率密度下,推进剂的燃烧火焰温度为1202.3℃.光控固体推进剂燃烧状态对于激光功率密度的依赖性对于实现推力的精确控制具有重要意义,通过改变激光功率密度的大小,成功实现了光控固体推进剂的推力控制;随着激光功率密度由0.344 W·mm-2增加到1.343 W·mm-2,光控固体推进剂的推力由1.58 mN上升至2.28 mN.     

含典型装药裂纹模拟发动机点火瞬态试验研究

对典型装药裂纹在模拟发动机点火瞬间的压强变化情况进行试验研究,研究了不同深度裂纹在不同点火升压速率、不同裂纹开口方向情况下裂纹尖端、裂纹入口以及燃烧室的压强变化情况。试验结果表明:裂纹开口方向对裂纹内压强变化影响不大,裂纹尖端压强峰值以及与燃烧室压强比的最大值受增压和几何条件的影响;增压越大,裂纹越深,压强峰值和压强比越大。     

大口径火炮身管药室内膛裂纹电磁超声表面水平剪切波检测方法

大口径火炮身管药室内膛在射击过程中承受高温高压,易产生网状多裂纹,对安全性能造成隐患,但传统检测手段对内壁清洁度要求较高,且检测周期长。为此,提出基于电磁超声表面水平剪切波（SH波）的身管药室内膛裂纹检测方法,对缺陷进行检测。建立表面SH波电磁超声换能器的辐射声场有限元模型,分析永磁体长度和对数对辐射声场的影响,对电磁超声换能器设计参数进行优化。在研究表面SH波声场特征的基础上,建立表面SH波在含有交叉裂纹的身管药室中传播的有限元模型,分析表面SH波与不同夹角裂纹缺陷的作用规律,并通过实验予以验证。结果表明,当使用12对长度为20 mm的永磁体制成的电磁超声换能器时,能够对10 mm×1 mm×2 mm的交叉裂纹进行检测,分析裂纹夹角与回波幅值的影响规律,为身管药室内膛多裂纹检测提供了可靠依据。     

补燃室头部距离对固冲发动机二次燃烧的影响

补燃室头部距离是影响固体火箭冲压发动机二次燃烧效率的关键参数,采用数值模拟的方法研究分析了该参数对固体火箭冲压发动机二次燃烧效率的影响,数值结果与同等条件下实验结果的对比分析表明：补燃室头部距离的增大,可增大头部的漩涡区,从而使固相颗粒在补燃室头部的驻留时间得以延长,这对固相颗粒的点火燃烧十分有利,但对提高整个补燃室掺混燃烧效率的作用有限,因此补燃室长度一定的情况下,存在一个最佳的头部距离。     

炸药裂缝中的对流燃烧现象实验研究

为研究高能炸药裂缝中燃烧演化规律,加深对武器装药意外点火后发生高烈度反应复杂力学-热学-化学耦合过程的机理性认识,采用热点火方式结合高速摄影、压力测量等测试技术,对奥克托今基JO-9159粘结炸药预置裂缝中燃烧演化过程开展实验观测。结合气动壅塞理论分析了裂缝宽度对燃烧演化的影响。结果表明：在较强约束条件下,炸药内部亚毫米宽度的裂缝燃烧能够产生超过200 MPa的压力,火焰传播速度超过600 m/s;裂缝宽度越大,装置解体前燃烧产生的峰值压力越低,对流燃烧传播速度越快。     

硝胺单元推进剂燃速的理论计算

在火炸药燃速预估模型的基础上，分析了硝胺单质炸药的热分解特征，提出了硝胺单元推进剂燃烧初期热分解机理的有关假说，并将气相分解产物分类为氧化剂、还原剂、可裂解自由基和惰性基团，进而提出了硝胺单元推进剂燃速和压力指数公式．运用该公式可从化学结构出发计算硝胺单质炸药的燃速和压力指数．通过十种不同类型硝胺单元推进剂燃速的实际计算表明，理论值与实测值十分一致．由此讨论了影响硝胺单质炸药燃速与燃速压力指数的化学结构因素．     

带侵蚀燃烧效应的阶梯多根装药火箭发动机三维内流场特性

为研究阶梯多根装药火箭发动机的内流场特性,采用Fluent计算软件对侵蚀比和平均侵蚀比两种内流场模型分别进行全三维数值模拟。基于自定义函数接口编程进行二次开发,提取侵蚀比模型每个节点的坐标和压强以及平均侵蚀比模型每个燃面的平均压强,导入燃速公式和质量流率公式,来控制边界网格的移动速度和单位面积燃气进口质量流率。通过数值模拟得到两种内流场模型各个时刻的压强空间分布信息以及燃烧室前、中、后3个监测点的压强-时间曲线,对比两种模型的计算结果,着重对侵蚀比模型的内流场和药柱内外压强差进行分析,并与试验结果进行对比。结果表明:两种模型最大压强差不超过3%,在平衡压强段后基本一致;侵蚀比模型在发动机工作过程中药柱没有出现明显的侵蚀燃烧喇叭型,前级高压区药柱内外压差最大不超过3.9%,在后级低压区药柱内外压差最大不超过8%; 3个监测点的压强-时间曲线与试验数据吻合度较好;研究结果可为类似结构的固体火箭发动机数值模拟提供参考。     

聚乙烯在高速冲压推进动能弹中的燃烧特性数值模拟

为了研究聚乙烯在高速冲压推进动能弹中的燃烧特性,进行了高速冲压推进动能弹全弹一体化流场的数值模拟研究,分析了冲压发动机工作和非工作时流动特性差异,以及冲压发动机工作时聚乙烯的燃烧和推进特性。结果表明,冲压发动机工作时,燃烧室内压力均匀,中心轴线平均压力约为2.1MPa。随着轴向距离x的增大,火焰锋面先靠近固体燃料表面后逐渐远离。在再附着点之前,随着轴向距离x的增大,固体燃料的表面温度与燃面退移速率均持续增大,在再附着点附近达到最大值,然后不断减小。在本研究设计的气动构型下,高速冲压推进动能弹产生的额定推力、净推力分别为250N和76N,基于燃料的比冲为10593m·s~(-1)。     

进气道直径大小对固冲发动机内流场的影响研究

为了探索在一定补燃室长度条件下进气道直径大小对固冲发动机内流场的影响,采用了标准k-ε湍流模型和组分输运模型数值模拟了一设计的固冲火箭发动机掺混燃烧过程的内流场。结果表明:在一定补燃室长度和进出口条件下,存在一最佳进气道直径,能使空气与燃气完全掺混燃烧。在文中模拟条件下的最佳进气道直径为30mm。     

复合固体推进剂高效燃速仪技术构想

将适当简化的药浆涂在不燃带基上,快速固化后形成复合固体推进剂薄层<'[1]>.在此基础上,本文提出推进剂高效燃速仪的技术构想.该仪器由燃烧室、压强和温度控制系统、数据采集和处理系统等组成.燃烧室容纳1650 mm长的燃烧试件,试件上覆盖1051根相隔1.50 mm的熔丝.燃烧室压强控制有三种模式:手工的、台阶式的和线性...