基于Pro／E软件进行固体火箭发动机内弹道计算的方法初探

固体火箭发动机内弹道计算给出的推力、质量流量随时间变化的曲线一直是导弹或卫星外弹道设计的计算依据。为适应需求,固体火箭发动机装药的几何形状需要反复调整,复杂的几何形状使内弹道计算成为一项繁琐的工作。本文利用Pro／E软件强大的三维建模能力,通过参数化设计模拟发动机燃烧的全过程,编制简单程序实现发动机零维内弹道计算,为繁琐的计算提供了一条便捷的途径。     

基于点火药颗粒的固体火箭发动机点火瞬态过程数值研究

为研究固体火箭发动机点火时点火药颗粒在燃烧室内流动与燃烧特性,以N-S方程,k-ε湍流模型为基础,采用颗粒轨道模型+UDF接口进行二次开发编程,对某型固体火箭发动机点火瞬态过程进行数值仿真分析.计算结果表明:发动机点火过程中,点火药颗粒呈链式反应;点火药颗粒在喷入燃烧室后迅速燃烧,有利于推进剂点火,缩短点火延迟时间;点火药颗粒在燃烧室内运动复杂,在发动机内流场中出现压强震荡、局部高温区域和内外通压强差等复杂现象,这些现象随点火药量的不同而变化,对推进剂点火、药柱结构完整性产生较大的影响.      

高能固体火箭发动机冲击燃烧特性研究

为研究高能固体火箭发动机冲击燃烧特性,采用火箭撬平台作为加载装置对高能发动机施加冲击载荷,通过调节火箭撬速度获得不同速度下高能发动机的宏观反应特性;采用热力耦合计算模型对试验过程进行仿真,仿真中考虑推进剂在应力作用下温升引起的自热反应热源,通过计算发动机撞击靶板过程中推进剂内温度变化情况,分析推进剂反应的剧烈程度,判断发动机的反应特性,获得发动机的反应机理. 研究表明高能发动机以不低于100 m/s速度撞击靶板推进剂均会发生点火,点火位置位于发动机内孔;随着撞击速度的增加,点火延迟时间减小.     

对固体火箭发动机点火药量问题的研究

本文通过对影响固体火箭发动机点燃的主要因素的分析、探讨,从而提出了一条新的计算点火药量的公式。本公式综合考虑了药柱形状、主装药和点火的能量、药柱的温度、推进剂的性能、燃烧室自由容积以及燃烧面积等因素的影响。经过对十多种型号的固体火箭发动机的计算,都能得到比较满意的结果。可供设计、试验作参考。作为固体火箭发动机心脏的点火装置,共点火药量的确定,是一个很重要的问题,     

一种软隔层双脉冲固体火箭发动机点火冲击仿真分析

为实现对双脉冲固体火箭发动机Ⅱ脉冲点火冲击过程中燃烧室全域的数值计算,搭建了1种流固耦合求解器。该求解器基于ANSYS Workbench平台,使用用户自定义函数(UDF)功能进行了推进剂点火、燃烧和加质等模型的建立以及边界条件的定义。结合动网格技术,实现了对采用隔层式隔离装置的Ⅱ脉冲燃烧室的全域数值计算。计算结果表明,Ⅱ脉冲点火冲击过程呈现典型的大变形域流动特性,同时,流场中压强、温度等属性受到推进剂燃烧、加质和隔层形变的影响作用明显;固体区域中,隔层的各形变阶段可以明显区分,推进剂直角处应力集中现象显著。     

装药设计软件的设计与实现

为了配合国营某厂在固体推进剂研制和应用基础技术设计理论方面的提高,对火箭发动机内弹道进行预估仿真计算,应用相关软件技术和基础理论,开发设计了火箭发动机装药设计软件,可利用推进剂的性能参数,进行火箭内弹道的仿真模拟,同时可进行药型设计,预估P-t曲线、预估R-t曲线、计算内弹道参数及点火药量等,为内弹道测试服务,进一步提高了固体推进剂技术的研发水平。     

固体火箭发动机撞击点火数值模拟计算

装填高能复合推进剂的固体发动机,在跌落和撞击等情况下可能发生燃烧或爆炸. 为了对发动机低速撞击下的安全性进行评价,建立了发动机撞击靶板点火计算模型,采用热力耦合算法实现机械能和热能之间的转化,采用Arrhenius方程描述推进剂自热反应过程. 对直径为200 mm和480 mm发动机撞击靶板过程进行数值模拟计算,获得了与火箭橇实验结果一致的速度阈值范围. 结果表明计算模型能较好描述发动机撞击点火过程. 计算结果表明,装药量大的发动机撞击后更容易发生点火,发动机撞击点火速度阈值与装药量的对数成线性关系.     

基于变量化设计技术的整体式固冲发动机一体化设计系统

将变量化设计技术应用到整体式固体火箭冲压发动机一体化方案设计中。利用变量化约束将设计过程与几何造型过程进行有机结合,在VC.NET 2003平台下自主研发了一套固体火箭冲压发动机一体化设计系统。该软件包括进气道设计、燃气发生器设计、助推补燃室设计、发动机性能计算和飞行弹道计算,为整体式固体火箭冲压发动机方案设计提供一套方便快捷的工具。     

CFD软件在SRM内弹道方面的应用

随着计算流体力学(CFD)的不断发展,利用计算机对火箭发动机燃烧室内气体的流动过程进行数值模拟已经成为固体火箭发动机设计中非常重要的一种研究手段。本文使用通用流体软件对某微型火箭发动机内弹道特性进行了研究,并通过与理论计算所得数值的比较,证明了模拟结果的正确性。     

钛镍合金固体火箭发动机一维非稳态导热及热应力研究

以固体发动机地面试车启动工况为背景,将其简化为等厚壁圆筒,研究一维非稳态工作条件下圆筒热应力计算。首先,将钛镍合金火箭发动机启动时温度随时间变化作为边界条件,利用ABAQUS软件分析等厚圆筒非稳态导热,得到瞬态温度场,并对比解析法结果得到瞬态温度场有限元和解析法的计算方法;其次,用MATLAB编程实现等厚壁圆筒的热应力的计算。优化了固体发动机减维热应力计算方法,为概念设计和参数敏感性分析提供方法支持。     

固体微推进器工作过程数值分析

目的针对一种基于MEMS技术的固体微推进器结构,分析比较瞬态燃烧效应和推进器喉部尺寸对推进性能的影响。方法选择dp/dt燃速瞬态燃烧模型对推进器工作过程进行三维数值仿真。结果在同一燃速模型中随着喉部面积的增大,压强有显著地减小,而推力有明显的增大。结论瞬态燃烧效应不是影响固体微推进器工作性能的主要因素。     

钝感发射药的内弹道特性研究

针对未完善的钝感对发射药内弹道性能影响的研究现状，该文利用密闭爆发器试验和靶场射击试验研究了钝感对发射药燃烧规律的影响，建立钝感发射药的燃烧数值模型，提出确定钝感药燃烧特征量的方法，并计算分析钝感发射药的内弹道特性，计算结果符合膛内射击过程的变化规律，与射击试验结果吻合很好。     

大口径榴弹炮多相流内弹道数值预报

根据大口径榴弹炮复杂装药结构的特点，将膛内流域分为４个区；燃气区、管状药区、基本药一状药区与附加药包粒状药区，每个区分别推导质量、劝量与能量守恒方程，建立了多相流内弹道模型，结合工程背景。，数值预报了弹丸运动加速度变化规律，为弹丸设计提供理论指导。与部分试验结果比较表明，数值结果与结果与试验结果一致性很好，预测结果是可靠的。数值给出内弹道循环过程详细结果，对于指导装药设计、身管设计都具有重要意义。     

结构参数耦合特性下的燃气弹射内弹道性能预示

现有文献分析结构参数对内弹道性能影响主要基于单一变量法,未从全局考虑参数的耦合特性。建立了从内弹道反向设计方程到正向计算方程的一体化模型,考虑结构参数耦合关系,提出了内弹道设计方程的修正方法,分析了以空间尺寸和时间2个维度为基准的内弹道性能变化规律。仿真结果表明:设计方程推导中的简化造成了较大的截断误差,对理想喉部截面积具有放大作用,且随着低压室直径的增加,放大作用越明显;在设计的出筒速度、高压室工作压强下,低压室直径和高度越小,喉部截面积越小,导弹受到的冲击荷载越大,出筒时间越短;通过选择合理的低压室尺寸能使低压室最大压强和导弹最大加速度任意可调。     

高燃速发动机脱模静电安全性分析

首先采用渗透系数理论计算分析,确定了某型号高燃速推进剂是静电敏感性推进剂;再通过推进剂与芯模的静电起电模拟实验、静电电阻率测试实验、推进剂脱模工艺实时静电检测实验,确定了固体推进剂脱模操作静电危险特性,为推进剂脱模工艺采取相应的防静电措施提供实验依据.     

关于2种典型风场对弹箭运动轨迹影响的三维数值分析

为了深入探讨风场对弹箭运动轨迹的影响规律,从飞行动力学以及外弹道气象学的基本原理出发,建立了弹箭在风场中运动的三维动力学方程和运动学方程;通过2种典型的风场--均匀定常风场和非均匀埃克曼风场的全弹道三维数值模拟,分析了大气风场对弹箭弹道影响的一般规律,从而为进行风修正弹箭控制系统设计以及气象信息的融合应用提供技术支持和...     

子弹药引信涡轮发电机工作域流场特性分析

针对由于子弹特殊的几何外形引起的引信涡轮发电机工作域流场的复杂性和特殊性,本文在考虑涡轮发电机的整体布局和子弹药弹道环境的基础上,采用S-A湍流模型的雷诺平均N-S方程作为控制方程,利用有限体积法离散,借助CFD软件建立了数值仿真模型. 通过仿真研究了子弹药典型弹道环境下涡轮发电机工作域的流场特性,得出了流场压强、流速的分布及其与子弹药弹道特性之间的关系,进而获得了涡轮机设计的输入条件及叶轮安装位置的选择准则.     

基于改进粒子群优化的弹道并行求解算法

弹道解算精度与解算时间直接影响了火控系统的整体性能,然而精度与时间往往是相互矛盾的两个因素,在不损失精度的情况下提高解算速度具有重要意义. 基于改进粒子群优化的弹道并行求解算法,采用并行求解算法充分发挥多核计算机的性能,从而在不损失精度的前提下有效地提高了弹道解算的效率. 该方法首先通过引入粒子群优化算法将弹道解算转化为一个寻优过程,利用周氏迭代修正公式计算得到的修正角度引导粒子群更新加快算法的收敛速度;然后通过将粒子分配到并行域的线程中将弹道解算方法并行化. 数值实验表明本方法可以有效提高弹道解算的收敛速度,将计算时间平均缩短为原有时间的1/5.      

陶瓷/芳纶纤维复合靶板防弹性能研究及结构改进

为了提高靶板防弹性能,提出一种由陶瓷和芳纶纤维复合材料构成的防弹结构。对陶瓷及芳纶纤维防弹性能有限元仿真分析的结果表明：陶瓷的弹孔面积大于纤维,陶瓷内部的形状比较粗糙而纤维则比较平滑,陶瓷吸能主要是通过自身的破碎和断裂及应力波的传递实现的,而纤维吸能则主要是通过自身的拉伸和延展将弹丸的动能转换为自身的弹性势能和断裂能。此外,基于陶瓷和芳纶纤维的抗侵彻原理,进行了复合靶板的结构设计,并利用NSGA-II算法对层间材料的厚度进行了优化,优化后复合靶板子弹的剩余速度降低了185 m/s,靶板的面密度降低了5.4 kg/m²,综合防弹性能得到了明显提高,为后续进行新型轻质防弹复合装甲的结构设计提供指导思路。     

夹层对陶瓷/装甲钢复合结构应力波传播及抗弹性能影响

选取陶瓷/装甲钢复合结构为研究对象,开展霍普金森压杆试验(SHPB),研究夹层材料对复合结构应力波传播与能量耗散的影响;采用12.7 mm穿甲燃烧弹对不同夹层复合结构进行靶试验证,开展夹层材料对复合结构抗弹性能的研究. 结果表明:在陶瓷/装甲钢复合结构中引入合适的夹层材料作为过渡层,对应力波衰减起到一定改善作用;能显著提高复合结构的抗弹性能.