火箭燃气喷射流理论和计算

对火箭密集度产生极大影响的火箭燃气喷射流,其理论和计算至今仍不完善。本文拟就这一问题作一尝试。 本文第一部分论述火箭燃气喷射流的若干机理。这里在火箭燃气喷射流流动结构内增加了羽状流转移段,并作出转向模型和火箭燃气喷射流边界层混合区的诸普遍相似剖面。 在第二部分中,利用一元稳定等熵流理论得到羽状流转移段诸参数,应用非等温湍流射流理论且通过射流积分第一和第二方程问题,并考虑火箭发动机喷射流燃烧的影响,确定与温度比有关的结构参数和特性参数。 最后,利用电子计算机模拟发射两种火箭系统,获得较满意的结果。     

火箭燃气射流初始超音速流态研究

探索火箭燃气射流初始超音速流态规律仍是解决燃气射流近场对发射装置冲击的先决条件,然而燃气射流高温超音速区的气动参数分布和结构的确定又是一项困难的问题。本文试图对于这一高温超音速区的起始马赫盘上、下游状态的皮托管压力和马赫数分布,超音速锥范围,以及核心激波结构等作一理论探讨和实验研究。本文获得了野战火箭欠膨胀燃气射流近场的普遍物理规律,导出了初始段中心马赫数分布公式,决定了无量纲皮托管压力分布剖面,为模拟确定燃气射流对发射装置的冲击创造了条件。关于高温超音速区的皮托管压力测试技术,业已达到距喷管出口截面下游七毫米的水平,远为超过所见资料的指标。     

含有限速率化学反应火箭燃气射流流场的数值模拟

该文在归纳、总结、分析以往火箭燃气射流流场数值模拟的基础上，结合含有限速率化学反应火箭燃气射流流场的特有规律，利用推导的ＴＶＤ组合数值模拟算子，对某火箭燃气射流流场进行了数值计算。由于含化学反应流体的流动和单一组分混合流流动之间存在着较大的差异，特别是化学反应的存在在一定程度上影响了系统能量的改变，进而改变整个流场中的压力和温度分布，同时化学反应和激波之间的相互增强作用引发了流场中的异常压力和温度，结合数值模拟的结果，分析了产生这些现象的原因，并且和以往的计算结果进行了对比。     

起始冲击波和抑制器抑制效率的比较实验研究

发动机燃气射流产生的起始冲击波对于承载体具有破坏作用，必须采取抑制措施减弱其影响。多孔抑制器就是采用抑制措施之一。该文对具有不同开孔率的超始冲击波抑制器的抑制效率进行了对比实验研究。实验中采用了实验发动机，并且测量了燃气射流所产生的起始冲击波在弧面刚性斜板上的反射压力。通过于子波的分析方法，对压力数据进行了分析，获得了基于子波系数的频带能量谱和冲击波强度指数。提出了评估抑制器抑制效率的2抑制效率，即峰值抑制效率和强度指数抑制效率。研究结果表明，抑制器对火箭导弹发射的起始冲击波有抑制作用，开孔率较小时在近场有较好的抑制效果。     

双喷管火箭发动机燃气流场的三维数值计算与试验

研究双喷管火箭发动机燃气流对直升机的影响,对燃气流场中的压力、温度和速度分布等进行理论计算和试验测量.研究采用数值计算和试验测量相结合的方法,控制方程为三维、雷诺平均Navier-Stokes方程及k-ε二方程的紊流模型,并且对该发动机进行了燃气流场的测试,对流场中的总压强进行了直接测量,进行了两次试验;在两次测点位置,试验结果与数值计算值相差分别为3%和7%;证明了对双喷管火箭燃气射流流场的数值计算具有了较好的精度,计算模拟结果可以用于工程设计中.     

燃气射流复燃流场的数值计算

目的　研究非平衡化学反应流动的数学模型,进行火箭燃气射流复燃流场的数值研究; 方法　从Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程出发,采用１２ 组分１１ 个反应的化学动力学模型,建立化学反应流动的微分方程组,然后采用差分方程离散,其中对流项采用了高精度的３ 阶ＥＮＯ格式; 结果　计算得到了包含各组分在内的流场诸参数的分布,分析了燃气射流复燃流场的特点; 结论　化学反应集中在混合层内,近尾核心区可视为化学反应冻结流;     

单兵火箭燃气射流冲击噪声场的形成与发展

该文以单兵火箭冲击射流流场为研究对象，采用数值模拟技术，对定向器管尾附近区域的燃气流场进行了数值计算，给出了发动机工作早期阶段冲击射流噪声场形成过程的计算结果。通过对计算结果的分析可知：对于开放式定向器尾管结构，燃气射流压缩空气产生的冲击波会对局部发射环境造成较为严重的破坏，在进行单兵火箭结构设计时应充分考虑这一影响因素，采用合理的设计结构以避免这一现象发生。     

整装式液体中高速燃气射流扩展与掺混过程实验研究

为探索提高整装式液体发射药燃烧稳定性的控制方法,该文设计了圆柱形与多级渐扩型圆柱观察室,采用高速录像系统,进行了高速燃气射流在液体模拟工质中扩展与湍流掺混过程的实验研究。实验结果表明:多级渐扩型燃烧室结构可增强射流的径向扩展,降低射流扩展过程的随机性,有效改善气液混合特性;射流扩展过程与观察室的渐扩尺寸及射流强度有关,通过参数的合理匹配,可以在一定程度上实现对射流膨胀过程的控制,从而提高燃烧过程的稳定性。     

华东工学院用激光干涉技术在国内首次获得火箭发动机真实燃射流的清晰流谱图

华东工学院在国内首次用激光干涉技术获得了火箭发动机的真实燃射流的近场的流谱。验证和修正了有关理论计算结果与冷射流模拟的纹影流谱图,为燃射流及其它燃烧、喷流等瞬态流场的研究提供了优良的测试手段。     

引射模态总压比对气动壅塞影响

为了获得高亚音速飞行条件下引射模态射流壅塞情况、提高引射模态火箭射流引射抽吸能力和发动机性能,本文利用全流道一体化数值模拟方法,针对Ma=0.8飞行状态,研究了在无二次燃烧组织的条件下,主次流总压比对引射空气流量、Fabri壅塞的影响规律,结果表明：在低总压比条件下,提高主次流总压比,可提高火箭射流的引射抽吸能力,引射空气流量增大;随着总压比的进一步提高,欠膨胀的火箭射流超声速势核区会挤压引射空气流道,冲压燃烧室反压前传导致引射空气流量降低;主次流总压比高于350,火箭射流会将引射空气流道堵塞,产生Fabri壅塞,引射空气流量降低为零。     

2种角度横向紊动射流的实验分析

对射入均匀横流中的单股紊动射流流场进行了实验研究.利用IFA300型热膜风速仪系统测量了对称面内的流动,射流入射方向与横向主气流之间的角度为90°和60°,得到了射流与主气流速度比R为2和4的速度场和湍动能分布,并给出了不同工况下的射流轴线轨迹.结果表明:射流入射角与速度比对流场影响很大;射流对横向主气流的影响主要集中在射流发生弯曲直至与主气流平行的区域内,当射流垂直入射时,射流背风侧存在流动分离现象,当射流倾斜入射时,分离现象基本消失;当R值增大时,射流轨迹起始段的长度增加,对主流场影响的范围增大,射流入射方向与主气流之间的角度值减小,射流轨迹的垂直高度降低,射流对主流场影响的区域减小.     

受限射流流场热量传递特性的实验研究

锅炉煤粉燃烧往往是通过煤粉与空气混合后喷射进入炉内卷吸高温烟气而预热、着火的,其着火过程的早晚与射流和烟气间的热量交换情况关系极大.而这种交换实质上就是射流流股与被卷吸的气流之间的质量、动量和热量传递的结果,在湍流情况下这三者之间是相互影响的.尽管对湍流射流的研究比较成熟,有大量的文献资料可以查阅,然而由于射流流场的复杂性,大多数结果很难直接应用于具体的实际情况.如上所述,要计算射流与卷吸气流间的热通量就是一件较困难的工作.有鉴于此,本文对受限平面射流流场进行了实验测定,以模拟炉内冷态流动情况,而重点放在射流流股与外卷吸气流间的热量传递过程的测量与计算.实验的具体做法是用热线风速仪和热电偶测定流场的速度、脉动速度、温度及温度梯度,并结合湍流单方程模型计算出射流流场的热流分布,尤其是扩散热流的分布.     

燃气射流气固两相流场研究

以含颗粒的燃气射流为研究对象,分析燃气射流中颗粒在发动机喷管内外的物理特性、颗粒的形状与尺寸特性、燃气与颗粒的相互作用等性质,在此基础上建立气固两相流颗粒随机轨道模型,并进行数值模拟.结果表明:采用随机轨道模型可以有效地模拟气固两相燃气射流中的颗粒脉动现象,得到与实验性质一致的结果;由于颗粒与燃气的相间作用,颗粒在追随燃气运动的同时,对燃气运动发生阻滞和传热作用,影响两相燃气射流流场结构.     

双股高速燃气射流在液体中扩展及相互作用的实验研究

设计了多级渐扩形和矩形观察室,借助高速录像系统研究了双股高速燃气流喷入液体中的扩展及相互作用过程.探讨了喷孔直径、喷孔间距、喷射气压等参数变化对射流扩展形态的影响.结果表明:渐扩结构中较大的渐扩尺寸比能抑制射流扩展过程中的不稳定性;喷射压力越大,射流轴向扩展速度越大,射流的不稳定性越强;和矩形结构相比,同样的工况下,渐扩结构射流轴向速度较小,径向速度较大.     

装配间隙泄漏流对透平端壁冷却影响的实验研究

为了研究叶栅装配间隙泄漏流对透平叶片端壁气膜冷却特性的影响,依据真实重型燃气透平叶片参数,搭建了端壁气膜冷却实验台。采用压力敏感漆技术测量了不同质量流量比和装配间隙角度下端壁的气膜冷却特性,使用压力扫描阀测量了主流进口雷诺数和叶片表面压力分布。通过数值计算模拟了实验叶片装配间隙的流动结构,得到了装配间隙冷气出流质量流量比及射流角度的气膜冷却特性。结果表明：在装配间隙冷气出流质量流量比为0.1%～1.0%的范围内,在相同射流角度下,增加装配间隙质量流量能够提升透平端壁气膜冷却有效度,并增大装配间隙下游出口气膜覆盖面积,冷气质量流量比为1.0%时端壁气膜冷却有效度达到最高。由于叶片端壁表面的压力梯度导致装配间隙出流集中在流道中部及出口位置。在研究的60°～90°射流角范围内,在相同质量流量比下,减小装配间隙射流角度能够有效提升端壁气膜冷却有效度,75°射流角相较于90°垂直入射条件下的气膜冷却有效度增加接近一倍;射流角为60°时端壁气膜冷却有效度达到最高。     

双射流流动特性数值模拟和PIV实验研究

提出了将同轴直射流与旋转射流组合形成新型双射流的喷嘴结构和原理,并采用RNGk-ε模型对双射流喷嘴内外流场进行了数值计算,结果表明,喷嘴压降一定时,存在3种轴心速度衰减曲线;喷嘴加旋流道导程是决定轴心速度衰减模式的主要因素.存在一个最佳导程可以同时满足大的射流冲击面积和作用距离的要求.应用PIV实验系统对优化后的双射流流场进行了实验研究.     

水下主动通气空泡包裹水射流实验研究

为了探究水下通气空泡包裹水射流的气液两相流流动特性及相关影响因素,在矩形透明水箱中,进行了气体射流包裹液体射流的两相流实验,利用高速相机记录了两相流以及通气空泡形态与运动状态.重点分析了通气空泡的运动及演化过程,定量分析了通气空泡形态的变化规律.研究结果表明,通气空泡的包裹可以显著增加水射流在水下的流程,但空泡的形态与...     

平面射流及平面射流火焰中拟序结构的实验研究

在设计和组建了二维平面射流及平面射流燃烧实验系统的基础上 ,对二维平面湍射流流场及平面湍射流燃烧场进行了流场显示实验研究。实验采用烟雾作为示踪粒子 ,由 He- Ne气体激光器产生的激光束经柱面镜后形成片光源实现对流场的照明。实验给出了不同射流伴流速度比下二维平面湍射流的流场显示图像 ,不同的射流发展阶段流场中的大尺度湍流拟序结构的形态及其发展演变情况以及射流燃烧场中湍流拟序结构的形态。实验同时表明 ,在射流燃烧情况下 ,火焰的存在使喷嘴出口处的流动层流化 ,并显著降低初始剪切层的增长     

纳米流体两相流磨削区压力场建模与实验

主要对纳米粒子射流微量润滑磨削砂轮与工件界面压力场进行理论建模与数值仿真。建立了纳米粒子射流微量润滑磨削区两相流压力场的数学模型,并进行了仿真。结果表明：磨削区动压力随着砂轮转速的增加,射流速度的增大而增大;随着最小间隙的增大急剧减小;3种喷嘴角度下,当喷嘴位置角度为15°时,磨削区沿砂轮进给方向的压力大于其他2种位置。在KP-36精密磨床以及纳米粒子射流供给装置构建的实验平台上,利用CY3018型压力传感器测试压力场变化规律,研究了砂轮转速、最小间隙、射流速度以及喷嘴角度对磨削区压力场的影响,实验测得的数据与仿真数据基本吻合,验证了理论研究的正确性。     

射流表面减阻测试系统建模及减阻特性实验

为了研究射流表面的减阻特性,提出了同轴旋转测试方法,建立了同轴旋转测试与平面测试下模型壁面所受摩擦阻力间关系的数学模型,构建了射流表面减阻测试系统.对射流表面回转体模型进行实验,研究射流孔径、射流角度、旋转速度与射流速度耦合情况下射流表面的减阻特性,并将实验结果与数值模拟结果进行对比分析.实验结果表明:射流表面在一定条件下具有较好的减阻效果;各因素对实验指标的影响按大小次序依次为射流孔径(A)、射流角度(B)、射流速度(D),最佳方案为A2B2D3,减阻率为8.565%.通过模型实验值与数值计算值比较分析,验证了实验结果的可信性及所建模型的准确性.