液氧煤油火箭发动机不稳定燃烧过程的数值分析

采用欧拉-拉格朗日方法对液氧煤油发动机燃烧室内的两相燃烧过程进行数值模拟,在验证模型可靠性基础上,分析无隔板工况下自激1阶切向高频不稳定性燃烧出现的原因。结果表明:喷嘴间雾化锥发生相互干涉使得推进剂空间分布不均,导致脉动释热,同时燃烧室内无隔板时横向压力波阻尼特性降低,使得燃烧室内出现1阶切向燃烧不稳定性;在不稳定燃烧过程中,压力振荡波形和频率与释热波动的波形和频率产生耦合,耦合程度越高,所含释热波峰峰值数量越少,其振荡幅值也将越大。     

再生式液体炮压力振荡研究

压力振荡抑制技术是再生式液体发射药火炮(RLPG)的关键技术之一.在23 mm RLPG试验装置上,研究了点火、喷雾质量对RLPG压力振荡强弱的影响.观测到RLPG压力振荡的主要激励机制,是再生喷射系统的机械振动与燃烧不稳定性引起的压力波动及声腔振荡的耦合效应.提出采用弹性减振、吸振以及改变燃烧室形状的方法来抑制压力振荡的幅值.实验结果表明,该方法可有效提高RLPG燃烧稳定性.     

RLPG燃烧室气体动态特性研究及应用

为研究再生式液体发射药火炮燃烧室的压力振荡,建立了燃烧室气体三维波动方程,给出了求解气体动态特征频率的表达式,在某一确定燃烧室容积下分析了燃烧室结构尺寸对气体动态特征频率的影响规律.通过分析气体动态特性在压力振荡抑制技术研究中的影响,给出了避开燃烧室压力振荡主频带的燃烧室半径与长度的比.研究结果表明,燃烧室气体多阶动态特征频率受到激励是RLPG燃烧室产生压力振荡的一个重要原因,通过合理设计燃烧室结构尺寸可以避免燃烧室气体多阶动态特征频率受到激励.     

高原环境对冲压式气动舵机工作特性的影响研究

为了研究高原环境对冲压式气动舵机工作特性的影响,建立了一种冲压式气动舵机的数学模型,并以此为基础进行仿真研究。结果显示气源压力减小会降低舵机振荡线性化精度,输入端控制信号幅值过大会引起舵片饱和,导致舵机控制力不足。分析表明,为保证冲压式舵机在高原环境下的正常使用,需重点关注气源压力和控制信号幅值的变化范围。     

隔板抑制氢氧推力室不稳定燃烧研究

为了解决某型氢氧推力室高频不稳定燃烧故障,提高燃烧稳定性工作裕度,在推力室喷注器上设计了一周三径形式的隔板稳定装置。冷态声学试验表明:加隔板后推力室一阶切向振型频率会降低,一阶切向振型的阻尼衰减时间缩短;流量扰动燃烧不稳定数值模拟表明:带隔板后推力室室压振荡幅值显著降低;带隔板推力室参加了多次热试验,热试验结果表明:该试验成功抑制了不稳定燃烧,隔板稳定装置工作有效可靠,对推力室燃烧效率无影响。     

水下垂直发射航行体尾空泡振荡演化特性

为研究水下垂直发射航行体尾空泡的瞬态振荡演化特性,及其对航行体流体动力、航行体上游流动的影响,基于势流边界元,提出了附着尾空泡航行体流场的瞬态计算方法。通过对垂直向水面运动的尾空泡瞬态振荡过程开展数值计算,分析尾空泡振荡对上游物面压力、沾湿区阻力以及空泡发展3方面的影响规律。结果表明：尾空泡振荡会引起上游物面压力在随环境静压下降的同时叠加一定幅值的压力波动,压力波动在空间上呈近似指数分布,越接近尾空泡的位置,压力波动越大;尾空泡振荡使得航行体沾湿区的阻力呈现在振荡中逐渐增大的变化趋势;尾空泡的振荡会导致肩空泡发展速度相比无振荡状态减缓,同时泡内压力和末端回射压力峰值偏大。     

基于旋转阀的固体火箭发动机燃烧室压强振荡特性

针对基于旋转阀的固体推进剂压强耦合响应函数测试系统存在不易进行相位角测量、压强振荡及内流场分析的难点,设计一套旋转阀冷流实验系统,建立对应的压强振荡理论计算模型和三维瞬态内流场仿真模型,研究燃烧室压强振荡及其内流场特性.开展不同排气频率的冷流实验和理论计算,并与仿真模型进行对比.结果表明:仿真计算中单个转子排气通道周期...     

液体发射药迫击炮内弹道燃烧稳定性

为研究液体发射药迫击炮内弹道特性,搭建60 mm液体发射药迫击炮瞬态测试系统,对其燃烧室压力变化与迫击炮弹初速进行测试。在试验基础上,基于非定常欧拉-拉格朗日模型和液体发射药蒸发-燃烧模型建立带燃烧反应的液体发射药迫击炮两相流计算模型,对内弹道过程中的反应流场进行模拟,分析复杂气相流场与液体发射药喷射燃烧间的耦合关系及压力振荡形成机理。结果表明：60 mm液体发射药迫击炮燃烧稳定性好,具有工程化潜力;数值模拟与试验结果吻合度较高,且可以复现压力振荡现象,计算模型具有合理性;液体发射药的喷射与燃烧均受燃烧室内气涡的影响;反射波引发的液体发射药集中燃烧使压力表现为一种振荡发展。     

富燃燃气发生器在流量扰动下的压力响应特性

以某型富燃燃气发生器为研究对象,通过主动诱导方式在燃气发生器内部激发高频声波,分析燃气发生器中不同监测点位置在不同诱导频率下的压力响应特性。结果表明:流量扰动的加入并没改变燃气发生器在设计工作状态下的压力主频分布,但主频幅值会因扰动的加入而增大;燃气发生器中的扰流环将预混室与燃烧室隔离开,阻碍了纵向压力波向燃烧室的传播,且对高频压力波的阻尼作用更大;预混室与燃烧室有不同的声学特性,应独立分析预混室与燃烧室的压力响应特性。     

喷水系统对W形地下空间热发射流场的影响

采用喷水系统改善导弹地下空间热发射过程的流场，以达到削减压力脉冲峰值、缓解压强振荡和降低流场温度的目的，即减压、降温。结合三维黏性可压缩Navier-Stokes方程、Mixture多相流模型和相变模型，建立气-液两相流控制方程组，并用燃气射流缩比试验数据验证数学模型和数值方法的有效性，采用计算流体力学数值计算方法分析喷水系统对导弹地下空间发射过程流场环境的影响。研究结果表明：在W形地下空间底部建立喷水系统，可以很好地改善导弹地下热发射过程空间内流场环境特性；喷水系统对初始超压现象有很好地抑制效果，弹底压强振荡由8次减少到4次，压强没有产生剧烈振荡，在1 atm上下缓慢变化，最大压强仅为1.20×10⁵ Pa左右，大大削减了初始超压峰值，并降低了压强振荡的频率和幅值，实现了减压效果；通过液态水剧烈汽化、动量交换等过程，喷水系统强烈而有效地抑制了燃气反溅现象，燃气被约束在筒底位置，导弹底部的最高温度从3 000 K降低到了400 K左右，实现了降温效果。     

固体推进剂非线性压强耦合响应特性实验研究

为获得固体推进剂非线性压强耦合响应特性,建立了一种非线性压强耦合响应函数的实验测量方法,分别对三种含铝复合推进剂开展了非线性压强耦合响应函数(Rp)的实验研究,获得了推进剂非线性压强耦合响应特性,深入分析了非线性压强耦合响应的影响因素。结果表明,提高触发激励压强以及改变触发激励方式,可以在T型燃烧器中模拟与实际发动机非线性燃烧不稳定相类似的非线性压强振荡特性,从而获得固体推进剂非线性压强耦合响应特性。非线性压强耦合响应函数对轴向各阶频率振荡幅值的变化较为敏感,峰值频率附近的响应值对振荡幅值的变化最为敏感,响应值变化最大,其中响应函数峰值从0.4增大到1.12。中间位置触发激励产生的二阶频率响应值与线性法长度减半对应的一阶频率响应值有明显的不同,进一步验证了线性法和非线性测量结果本质区别。     

Cold Flow Experiments and Acoustic Investigation on Pressure Oscillation Induced by Flow Instability

Pressure oscillation in solid rocket motor is believed to be the results of the interaction between the flow instability and the acoustics of combustion chamber.Several reasonable and necessary hypothesizes are given to establish an equation to describe this coupling.A cold flow motor called CVS60D(corner vortex shedding 60°)was designed to study the flow-acoustic coupling based on theoretical analysis.Experimental investigations were carried out to determine the acoustics of CVS60D.Corner vortex shedding i...     

基于旋转阀的固体推进剂压强耦合响应测试方法

针对固体发动机燃烧不稳定问题,提出一种基于旋转阀的固体推进剂压强耦合响应测试方法,并对应设计了一套可开展冷气和推进剂点火实验的旋转阀实验系统.通过23 Hz、46 Hz、69 Hz 3种不同振荡频率的冷气实验及理论计算,发现两种结果对比误差最大值为4.35％,验证了圆光栅定位组件测试旋转阀次级排气通道面积和压强延迟时间...     

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。     

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.