双脉冲发动机Ⅱ脉冲点火瞬态工作特性研究

针对双脉冲发动机Ⅱ脉冲点火过程,基于Fluent流场仿真软件平台,建立了数学物理仿真模型,并编写了用户自定义函数(UDF)模拟动态点火具质量流率边界及装药燃烧加质过程。研究了隔层破开前、破开后及稳定建压3个阶段的流场瞬态特性,分析了隔层破开对内流场的影响。研究结果表明:点火初期,装药内孔压力传播速率较外孔快; 隔层破开前,燃气聚集并反向传播导致尾部压力上升速率反超头部; 破开后,燃气压缩低压气体产生压力冲击波,内流场剧烈振荡,对燃烧室不同位置造成一定影响,距级间孔越近,影响越大,反之则越小。     

自由装填药柱点火冲击载荷数值仿真研究

采用数值仿真技术针对自由装填固体火箭发动机装药在点火燃气冲击作用下的药柱载荷特性进行了分析研究。研究结果表明,点火压强越大、点火具喷口直径越大、点火具出口端面与药柱端面距离越大,点火初期冲击载荷作用越剧烈。这一研究结果为装药结构完整性分析研究和该类发动机点火具设计提供依据。     

脉冲发动机中软质隔层工作过程研究

为了研究双脉冲发动机中软质隔层的工作过程,建立了隔层的结构仿真模型,数值模拟了隔层的承压及打开过程,得到其应力应变场分布。当隔层承受来自I脉冲10 MPa内压作用时,隔层及药柱的最大主应力及应变都在安全范围内,从而证明了该结构承压可靠性;利用扩展有限元XFEM技术模拟了隔层的破坏过程,隔层在II脉冲1.3 MPa内压下打开,且打开形式可靠。对比试验结果一致性较好,说明隔层各项指标满足设计要求,可以应用于实际的脉冲发动机之中。之后,建立了隔层式双脉冲发动机的内流场仿真模型,分不同时刻模拟了双脉冲发动机的内流场特点:随隔层开口尺寸增加,开口处气相射流速度减小,回流强度减弱且中心位置向隔舱移动,I脉冲燃烧室内湍流强度急剧减小,粒子轨迹与内壁撞击位置后移。文中的仿真分析方法可以用来对双脉冲发动机进行预先仿真研究,从而对设计方案提供一定的参考意义。     

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。     

脉冲推力器用烟火型装药燃烧性能研究

采用光纤测速方法,研究了脉冲推力器用烟火型装药药剂配比和装药密度对燃速的影响。通过密闭爆发器,测试了药剂的燃速压强指数。结果表明,不同配比的药剂虽然初期燃速不同,但后期燃速趋于相同;随着装药密度增大,燃速先增加、后减少;在装药密度1.45 g/cm³时燃速最高,可达到800 m/s. 在所测试压强范围内,烟火型药剂的压强指数为0.736 4,说明该烟火型装药药剂在一定压强范围内可稳定工作,能够实现脉冲推力要求。     

火箭发动机单室双推力多孔装药设计方法

为有效提高火箭弹炮口速度,减小发动机后喷燃气对发射装置的作用力,提出了单室双推力多孔装药结构,给出了装药药柱燃烧面积及通气面积计算方法,利用某火箭发动机的装药参数,计算了多孔装药内弹道特性参数.设计及计算结果表明,多孔装药结构易实现单室双推力的要求,能够提高装药药柱的刚强度特性.     

套管装药发动机药柱结构完整性分析

为了研究套管装药发动机典型载荷和温度冲击载荷下的药柱结构完整性,使用Abaqus软件对某套管发动机药柱进行了有限元分析,分别计算了固化降温、点火内压、2次与8次温度循环下的药柱温度场和应力场,得到了不同载荷下药柱危险部位的应力应变,对比了不同温度循环次数下内外环药柱温度变化曲线和特定点温度历程。有限元计算结果表明,不同载荷下套管装药外环药柱中孔、前、后人脱凸环位置为应力集中区,而本文载荷下前人脱凸环为最危险部位;内环药柱比外环药柱温度变化幅值小,并且变化滞后于外环药柱;增加温度循环次数,最终状态下药柱应力场变化不大。     

点火药盒开孔大小对点火燃气内流场特性影响

为了保证阶梯多根的装药设计形式的火箭发动机点火过程的安全性与稳定性,研究了不同开孔大小点火药盒的火箭发动机点火过程的流场特性.采用FLUENT计算软件对不同开孔大小点火药盒的火箭发动机点火过程的内流场进行了三维数值仿真,分析了点火药盒开孔大小对点火过程流场特性的影响.不同开孔大小点火药盒的输出压强都大约在4 ms时达到...     

固体火箭发动机水下工作推力特性的实验研究

为了研究固体火箭发动机水下工作时燃气射流流场及推力特性,在连接船体升降平台上开展了火箭发动机水下工作的实验研究。采用高速摄像系统观察了喷管燃气射流在开阔水域的扩展过程,获得了水下燃气射流形态演化过程;对水下火箭发动机的燃烧室压强及推力进行了测量,对比分析了在10 m、30 m、50 m三种水深条件下不同装药火箭发动机工作的推力特性。实验结果表明,发动机水下点火时,水环境与燃气之间的相互作用改变了燃气射流形貌,气液湍流掺混剧烈。随着水深的增大,燃烧室压力基本不变,发动机工作推力减小,水深从10 m增加到50 m时,三种发动机推力均降低了20%以上,且发动机推力与工作深度呈现非线性关系。在同一水深条件下,当发动机喷喉直径较小时,推力减小量较小;当燃烧室压强较小时,推力减小量较小。     

星型装药固体火箭发动机工作过程仿真研究

基于FLUENT软件的UDF二次开发模块,完成了星型装药燃面点火和燃面退移的建模,研究了星型装药固体火箭发动机点火和燃面退移过程,结果表明:星型装药固体火箭发动机工作时,装药头部与尾部存在一定的压强差;相比于星根区域,星角区域的点火过程进行的更加缓慢;采用商用FLUENT软件可以实现简单的星型装药燃面退移过程模拟。     

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。     

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.     

升温速率对引信烤燃响应特性的影响

针对弹药在制造、存储、运输及实战等环境中遭受意外热刺激的问题,对不同升温速率下引信烤燃的热响应规律进行了研究。以1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)装药引信为研究对象,建立了考虑引信各部件热膨胀作用的烤燃计算模型,采用ANSYS Workbench软件对0.5 K/min,1 K/min,2 K/min,3 K/min,4 K/min,5 K/min和6 K/min七种不同升温速率下引信烤燃的热传导和热膨胀过程进行热力耦合计算,得到了引信的点火位置、点火时间、点火温度、形变量以及等效应力。仿真计算结果表明:随着升温速率的增加,点火位置由传爆药柱中心向传爆药边缘位置移动,最终出现在导爆药柱中;点火时间缩短,而变形量先增大后减小;传爆序列的最大等效应力均位于传爆药柱中;升温速率对点火温度的影响较小。     

某燃气发生器初始压强峰异常分析及改进

某燃气发生器高温性能考核试验时,在点火过程中出现了初始压强峰值过高的异常现象。为了确定故障的原因,依据内弹道性能计算归纳出可能影响初始压强峰异常的五个因素。从定性和定量两方面对五个因素进行分析,确定造成故障的因素是药柱初始燃面设计值偏高及点火器工作时的"烘烤"效应、点火冲击所产生的影响,并提出了相应的改进措施。试验结果表明,改进后燃气发生器工作正常,措施有效。     

冲压发动机助推段压差分析

全状态点火试验是固冲发动机工作和性能参数测试的主要手段,也是冲压发动机在地面发射前的重要验证试验。冲压发动机点火瞬间助推器和燃气发生器存在较大的压强差,可能对石墨喷口、燃气流量调节舱造成破坏。文中从瞬态压强变化的角度,研究了点火瞬间助推器和燃气发生器的压强平衡过程并与试验结果进行了对比。结果表明,点火过程中会存在短暂的反向压强差,在结构设计时应考虑双向限位措施。     

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。     

固体发动机药柱低温点火开裂失效的跨尺度分析

为了准确预测推进剂装药在低温点火过程中是否发生开裂,提出了一种全局-局部单向收缩耦合的跨尺度分析方法。针对高能硝酸酯增塑聚醚（NEPE）推进剂,开展低温中应变率单轴拉伸试验,获取了推进剂的典型失效模式。结果表明,基于发展的推进剂非线性粘弹性本构模型,实现了固体发动机药柱低温点火的宏观结构分析,获取了推进剂药柱结构危险点的位置;同时建立了考虑颗粒与基体界面脱湿和颗粒断裂的细观颗粒填充模型,进一步将宏观结构分析结果作用于相应的细观代表性体积单元（RVE）上。最后,建立推进剂细观失效准则,表明在低温点火条件下药柱结构完整性满足要求。收缩跨尺度分析方法可作为预测药柱在低温点火过程中开裂行为的有效手段。     

固体发动机单项点火试验研究

通过单项点火试验研究点火瞬态点火药量对点火装置点火延迟时间的影响以及不同点火药量、不同堵片打开压强下点火燃气在燃烧室流动过程,结果表明:点火装置延迟时间随着点火药量的增加而减少,发动机点火延迟时间、燃烧室内燃气填充时间、压强变化规律与点火药量和堵片打开压强有关。     

长药室装药中多点点火技术试验研究

为解决大口径火炮长药室装药轴向点传火问题,针对药室长度超过3 m的长药室装药,设计了多点点火系统,进行了多点点火研究.运用高速摄像研究了点火头的发火一致性,结果表明,C型点火头4 ms内全部点燃,发火一致性高于A型和B型;测量了不同长度的多点点火管的压力-时间曲线,结果表明,两节和四节模拟装置试验p-t曲线基本重叠,时...     

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。