固体火箭发动机点火过程流固耦合仿真研究综述

介绍了流固耦合的相关理论, 分析了流固耦合实现的过程, 综述了国外基于流固藕合方法的固体火箭发动机点火过程仿真研究现状及其主要成果.     

双脉冲固体火箭发动机概况

在远程、超远程防空导弹上采用能多次点火的多脉冲固体火箭发动机是未来导弹动力装置发展的趋势.介绍了双脉冲发动机的原理、优缺点和国外研究现状,并对其关键技术进行探讨.     

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。     

一种脉冲固体火箭发动机内流场数值分析

为了研究隔离装置对脉冲固体火箭发动机的影响,文中建立了数值计算模型,针对三种隔离装置方案,进行了二、三脉冲工作状态下的三维内流场数值仿真,给出了流场物理参数分布并与试验结果验证。计算分析了隔离装置的开孔结构型式对燃烧室和隔离装置绝热层烧蚀的影响,提出了应采取的措施,计算结果可为脉冲固体火箭发动机隔离装置优化设计提供参考。     

固体火箭发动机点火过程内弹道计算

探讨了固体火箭发动机点火瞬态一维非定常内弹道模型,综合考虑侵蚀燃烧、加质、摩擦、压力升高速率等因素对内弹道性能的影响,建立控制方程组并采用隐式差分方法结合特征线法求解,应用VC＋＋．NET面向对象技术编制计算机软件。数值算例表明：软件可以进行较为精确的计算并分析发动机点火内弹道影响因素对性能的影响。为发动机内弹道性能计算及火箭发动机工程设计提供了一套更实用的工具。     

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。     

固体火箭发动机点火失效分析及改进

采用故障树分析的方法,结合发动机设计和试验情况,针对固体火箭发动机尾部点火失效机理进行了分析,根据分析结果提出了解决方案．通过试验验证表明,改进后固体火箭发动机的点火性能有了进一步的提高．     

战术固体火箭发动机点火冲击试验研究

在满足固体火箭发动机总体设计和推进剂设计一定的条件下,为了找出点火过程中导致冲击过载的影响因素,进行了若干不同状态的点火冲击试验研究,并进行了点火冲击过载频谱分析。试验研究结果表明:在点火具状态不变的情况下,点火压强随着点火药量的增大而增大;在点火药量较少、黑火药粒度较小的情况下,有利于减小点火冲击过载。     

直列式安全点火系统及其在固体火箭发动机中的应用前景

介绍了直列式安全点火系统的特点、国内外研制及应用概况，预测了它在未来固体火箭发动机中的应用前景。     

耦合尾喷管堵盖运动的水下固体火箭发动机点火启动过程特性

为研究水下固体火箭发动机点火启动过程的流场特征与工作特性，对尾喷管堵盖分离约束下的点火燃气泡演化过程进行数值模拟。采用流体体积多相流模型与动网格技术，建立耦合喷管堵盖运动的水下燃气射流仿真模型。对点火初期燃气泡形貌瞬态演化和流场参数的振荡特性进行分析，揭示变深度下发动机点火的初始推力脉动特征及形成机制。研究结果表明：点火开盖初期压差驱动堵盖强烈地冲击液相，尾壁空间产生高压区形成初始推力峰；点火深度越深，燃气泡沿轴向的增长速度越慢、长度越短，颈部出现收缩时刻越提前，流场参数和发动机推力的脉动特性越强；深水下燃气泡颈部收缩后，发动机喷口激波系出现往复振荡，导致尾壁空间产生压力振荡形成多个脉动推力峰，激波系的不稳定运动是推力出现脉动的主导因素。     

横向过载对固体火箭发动机推进剂点火建压过程的影响

大过载下固体火箭燃烧与流动状态的剧烈变化会导致内弹道出现异常,严重时可能会引起发动机点火失败。为研究横向过载时点火内弹道特性,建立囊括流场惯性过载效应、过载燃烧效应和侵蚀燃烧效应的点火模型。对不同横向过载下燃烧室压力和侵蚀与过载效应燃速增速占比进行计算,并给出了推进剂火焰传播速度与升压速率的关系。结果表明：正向过载下压力峰值增加,负向过载下压力峰值降低;正向过载下,推进剂前段主要由过载效应影响,后段主要由侵蚀效应影响;正向过载加剧下游侵蚀效应,而负向过载对推进剂的燃烧起削弱作用,但程度较弱、持续时间较短;火焰传播速度峰值时刻、推进剂表面首次全部点燃时刻和升压速率峰值点时刻几乎一致,工程上可以用实验中获得的升压速率分析推进剂表面燃烧状况。     

内孔隔板脉冲固体火箭发动机隔板传热分析

采用一维烧蚀模型和二维Ansys简化模型分别对内孔隔板脉冲固体火箭发动机的隔板热载荷进行了传热分析.结果表明,两种模型下隔板内侧温度随时间的变化规律基本一致,即在初期温度变化很小,基本稳定;经过一段时间,温度开始快速爬升;隔板越厚,温度爬升的时间点越靠后,温度爬升的速率越小.不同点在于,同样厚度的隔板,一维烧蚀模型温度爬升的速率比二维Ansys模型要大,即在同样的设计条件下,采用前者的隔板安全厚度要大于后者,可为工程应用提供一定参考.     

多脉冲固体火箭发动机述评

叙述了多脉冲固体火箭发动机在提高导弹射程、控制导弹速度等方面所显示出的优越性和灵活性,对该发动机的一些结构方案以及实施这些方案的关键技术的发展,也作了简要的介绍。     

光纤制导导弹的多脉冲固体火箭发动机

光纤制导导弹以低速低空飞行为特征。一般飞行时间为2min或更长。因而给设计低成本的主级推进装置带来一些困难。推进这些导弹的节省能量的方法就是使用助推—滑翔交替的多脉冲火箭发动机。由于助推时间仅占总飞行时间的一个很小的百分数,所以推进装置的信号特征低,特别是使用无烟双基推进剂时。对于射程大于15km的导弹,将需要4个助推阶段,每段燃烧时间约为2s。可以把火箭发动机设计成由4个单个的推进剂药柱、点火器和隔网组成的整体药柱。这种单块式的设计共进行了8次静态试验,其中包括一次安全试验。有4次试验是4脉冲全程序,每次脉冲时间间隔为30s,均已成功。这种紧凑的整体式设计提供了多种用途,而不仅仅只限于光纤制导导弹。     

小型固体火箭发动机点火药盒模具的设计

本文介绍用硝化棉片制造的点火药盒外壳，所使用模具的设计方法，以及模具尺寸的计算机和模具的构造。并列举了具体的例子。     

微型固体火箭脉冲发动机两相流数值模拟

应用欧拉-拉格朗日模型对某弹用微型固体火箭脉冲发动机进行两相流模拟,建立了三维空间的物理模型和数学模型,研究了纯气相和1~50μm不同直径颗粒对脉冲发动机性能参数的影响。数值模拟结果表明,气相的惯性作用使发动机内流场呈现不均匀分布,不同直径的颗粒在内流场中的分布情况不一样。在同一质量分数下,颗粒直径越大,对气相的传热和阻碍作用就越小,颗粒直径越小,粒子的随流性越好,与气相能量和动量的交换越显著。     

某型固体火箭发动机点火药盒的改进设计

分析了某型固体火箭发动机点火药盒在贮存期内产生气体、盒表面变鼓问题的原因,提出了选择不含镁粉的黑火药作为点火药剂,并重新设计药量及粒度混装方案;经过各项试验证明,新的点火药盒能够满足该型发动机点火要求。     

固体火箭发动机长尾喷管传热数值模拟

为准确预示固体火箭发动机长尾喷管工作过程中的传热规律,文中采用流固耦合方法,对金属及多种非金属材料组成的长尾喷管建立了数值模型,基于Fluent计算软件对长尾喷管工作过程进行了非稳态传热数值计算.仿真结果表明,燃气对长尾喷管由内向外进行传热,但外壁面各区域温度场因内部材料不同差别较大.外壁面温度计算值与试验结果较吻合,可以为长尾喷管传热提供一种实用的计算方法.     

火箭发动机燃烧室的点火系统

火箭发动机燃烧室点火系统含有一个装有第一燃料组分的第一燃料箱和一个装有第二燃料组分的第二燃料箱，两个燃料箱在火箭发动机内是分离的。各自的燃料组分供给管(3、4)位于点火器和相应的燃料箱之间。     

美国混合固体火箭发动机点火试车成功

6月29日,美国航天推进集团在位于尤比特的航空技术试验站对55.88 cm的飞行级石蜡/液氧混合固体火箭发动机成功进行了11 s的点火试车。本次点火试车是一系列点火试车中的第5次,也是时