气一固两相流动引起固体火箭发动机比冲量损失的分析研究

在V/LF<<1.0的条件下,利用气—固两相悬浮流的平衡态模型研究了固体火箭发动机的比冲量损失。导出了包括临界速度和比冲量在内的喷管特性关系式。所给的算例指出:气—固两相混合流在喷管喉部的速度小于气体的音速;由于固相颗粒的影响,使比冲量受到了损失。算例同时指出,推力系数并不总是减小,它取决于喷管扩张比(直径)de/d?。算例的结果与W.N.Brundige的实验结果比较相符。程序TWPH可完成全过程计算。     

微波增强肼复合式推力器喷管粘性效应分析

微波增强肼复合式推力器的喷管结构较小,其流动规律不同于常规固液火箭发动机的喷管,黏性效应对喷管内气体流动有较大影响。微波增强肼复合式推力器有着微波电加热和单元肼分解两种工作模式。研究了两种工作模式下工质气体压强和温度对黏性效应的影响。结果表明,提高压强可以降低黏性作用,使得边界层变薄,从而提升喷管性能;提高温度会增强黏性作用,使得速度损失增多,但比冲(specific impulse)仍有一定提高。对比两种工作模式,微波电加热模式下黏性效应对喷管性能的影响更强。     

隐式有限体积TVD格式在羽流场中的应用

火箭羽流会造成噪声、烟雾、热辐射、环境污染和信号衰减等多种效应,因此研究排气羽流问题至关重要。采用三维隐式有限体积TVD格式,通过求解定常可压缩Euler方程,数值模拟了来流马赫数为1．0、1．5、2．0和喷管出口压力比为1．0、2．0、3．0时的火箭羽流场,并对各流场参数和噪声进行了计算和比较。所采用的二阶格式具有分辨率高、收敛快速稳定、可较好模拟复杂计算区域和流场波系等优点。声压级在相交激波点附近出现剧烈变化,喷管出口处的激波和排气羽流造成强噪声。     

TVD格式在三维非对称流数值模拟中的应用

数值格式为有限体积的隐式ＴＶＤ格式，具有高分辨率、快速稳定收敛、适用于复杂型面流场的特点。该文对典型的锥形喷管和抛物线扩张段喷管内的三维流场进行了数值模拟，得出喷管内物理参数的分布和倾斜入流对喷管侧向力及其力矩影响的变化曲线，计算结果和实验数据吻合良好。该方法可以推广到任意曲面型面喷管内流场的数值计算。为进一步进行曲面型微推偏喷管的设计奠定基础。     

Middle or low water pressure direct spiral double helix converging nozzle structure optimization and flow field analysis

In order to solve the problem of using middle or low water pressure to form fine water mist,a new nozzle is proposed in fire rescue robot.Existing water mist nozzles are basically used for high pressure and in large size,complex structure and poor low pressure atomization effect in comparison with requirement of snake-like fire rescue robots.On the basis of comprehensive typical spray nozzles,a direct spiral double helix converging nozzle(DSDHCN) is proposed,which has the advantages of small volume,light weight,simple structure,and convenient installation.To make the spray nozzle have good performance,and meet the requirements of more efficient fire extinguishing,a numerical study is carried out to analyze the internal and external full flow field of nozzle.A gas-liquid two-phase flow is applied to simulate the external full flow field of nozzle with VOF model in fluent software.The simulation results show the real situation of water flow out of the atomization nozzle and the water jet trajectory.Some simulations about middle or low water pressure direct spiral double helix converging optimized nozzle have been done in 30 bar pressure.The simulation results show that the optimized nozzle structure not only makes the spray droplets have a good cone angle,but also have a sufficient axial velocity,which proves the structure rationality of the proposed optimized nozzle.     

影响固体火箭发动机推力偏心特性的误差源研究

为了找出产生火箭发动机推力偏心的主要误差源,利用六分力推力偏心测试系统对装药初温,喷喉误差,喷管内型面缺陷等影响推力偏心的情况进行了试验研究。研究结果表明：装药初温,喷喉形状尺寸误差,多喷管安装误差,喷管内型面缺陷等都对推力偏心有较大影响,获得了对固体火箭发动机设计与制造非常有参考价值的试验结果。     

电磁制动法缩短钢坯过渡段的数值模拟

采用数值模拟的方法研究电磁场作用下结晶器内流场及钢号更换时的浓度场分布。与不加电磁制动情况的比较发现，当采用条型电磁铁作用时，结晶器内流场下部回流区消失，出现了接近活塞流的特征，即降低了流动的返混程度，因而能够缩短号更换时连铸坯的过渡段。     

火箭级间热分离过程耦合数值模拟

为了研究某火箭一、二级级间热分离的级间流动机理和分离过程的安全性,采用Chimera/Overset方法并结合N-S方程和刚体动力学方程,以流动和刚体动力学耦合计算的方式对该多级火箭的一、二级级间热分离过程进行了数值模拟。模拟结果显示,轴对称工况分离过程的流动存在剧烈的震荡,而二级喷管有偏转工况分离过程的流动比较平稳,...     

脉冲喷嘴射流特性试验研究

对常压下脉冲喷嘴自由淹没射流结构特性进行了试验研究.并对设计出的脉冲喷嘴进行了大量试验.结果表明,脉冲喷嘴射流的外边界变化规律、等速核和无因次速度分布规律等均与普通射流有较大差异.脉冲喷嘴射流的外边界为一波浪线,且在喷距达一定数值后,随着喷距的加大,呈非线性缓扩直至平直趋势.脉冲喷嘴射流不存在明显的等速核,射流从喷嘴一射出就有较大的速度脉动.文章给出了脉冲喷嘴射流轴心线上的脉动速度与无因次喷距之间的变化规律.     

火箭推力偏心特性研究

该文应用巴特勒提出的五面体双特征曲线网格方法对火箭喷管扩张段内的非定常非对称流场进行了数值模拟,获得了锥形喷管侧向推力随时间的变化曲线。分析表明,该文计算的侧向推力结果与定常状态下的数据是吻合的。证明五面体双特征曲线网格方法可用来研究非定常流动条件下的推力偏心特性。     

变推力固体火箭发动机非稳态影响因素研究

为研究不同因素对喉栓式变推力固体火箭发动机非稳态调节特性的影响,利用Fluent软件的网格动态层变模型,对喉栓匀速调节过程中的内流场进行仿真计算,主要分析了喉栓运动速度、喷管主要结构参数以及推进剂压强指数对非稳态特性的影响.结果表明喉栓运动速度以及推进剂压强指数对非稳态调节特性影响最大,喷管收敛半角对非稳态调节特性影响较小,喉栓半径以及喷管扩张角对非稳态调节特性基本没有影响.     

用高精度迎风格式模拟潜入式喷管流场

为了研究固体火箭发动机潜入式喷管内部工质的流动特性 ,首先采用改进的 L U-SGS方法和高精度、高分辨率的 MUSCL TVD格式数值模拟了 JPL美国喷气推进实验室喷管 ,数值模拟结果和实验结果吻合得很好。证明了这种方法可以准确地捕捉到流场中可能出现的各种复杂流动。用同样的数值计算方法模拟了固体火箭发动机潜入式喷管 3个时刻的准三维流场 ,对复杂的计算区域做了分区处理 ,为复杂的边界条件做了简化处理模型。分析了燃烧室潜入段处涡的形成和发展过程以及入口湍流度对喷管的气动参数的影响 ,为设计高性能的固体火箭发动机提供了有益的帮助     

某多管火箭炮整体瞬态热特性的数值模拟研究

为了实现了多管火箭炮控制柜内外耦合热作用的解耦计算,在分析多管火箭炮控制柜内外热环境的耦合传热机制基础上,建立了一种求解多管火箭炮控制柜内外耦合热效应的工程计算方法。将多管火箭炮连续发射时控制柜外的燃气流加热作用转化为控制柜内热分析的浮动热边界条件,避免了难以实现的直接耦合求解。利用该方法对某多管火箭炮连续发射时的瞬态热状况进行了数值模拟,获得了控制柜内的瞬态温度场,分析了相关因素的影响,为多管火箭炮设计定型及相关研究提供了重要依据。     

进气道与弹体内外流场一体化数值模拟方法研究

建立了进气道/导弹内外流场的CFD数值模型,并对某固冲导弹的纵向特性进行了实例计算分析。结果显示,数值计算不仅可以直接提取进气道的内流特性,而且可以直接提取进气道和导弹全弹的外流气动特性。对于评估进气道与导弹弹体相互之间的气动干扰特性,也能提供直接的数值依据。该方法简便易行,可望推广应用于固冲等吸气式导弹的总体方案设计中,具有明显的实用价值。     

Aerodynamically Assisted Tip-Pen Direct Writing

Scaffolds require individual external shape and well-defined internal structure, which is of great importance for tissue engineering. Rapid prototyping (RP) uses layer-manufacturing strategies to create physical objects and has the advantage on scaffold fabrication. A new RP technology called aerodynamically assisted tip-pen direct writing was developed to construct the complex architectures. Compared with the traditional nozzle, the new nozzle has a micro-tip in the center of the micro-hole. The flow is determined by the gap between the micro-hole and micro-tip, which makes it practical for more accurate flow control. A highly accurate three-dimensional (3-D) micro-positioning system was employed with the new nozzle to deposit maltose structures. 3-D architectures had been made by this method, the width of fiber in which is about 120 μm. The results show that this method provides a possibility to construct 3-D scaffolds with tissue-scale features (i.e., 10–100 μm) without bad influence on the biological activities.     

火箭强噪声模拟装置气声功率特性分析?

建立了火箭强噪声模拟装置气声功率特性计算模型。仿真分析了喷喉截面积比、激励信号频率、激励信号幅值、音环质量对火箭强噪声模拟装置气声功率比的影响。仿真结果表明,气动声源气室总压、喷喉截面积比、激励音频信号幅值增大,气动声源激励音频信号频率、音环质量减小,则气声功率比增大。气室总压高的工况比气室总压低的工况气声效率增大幅度要大一些。仿真结果为火箭发动机噪声模拟装置的改进设计提供了理论数据。     

发动机喷口面积对加力接通影响的试飞研究

为了研究涡扇发动机喷口面积调节对高空加力接通的影响,开展了飞行试验研究。试飞中出现在加力起动阶段点火成功后,喷口面积放大不足导致风扇后压力急剧增高,发动机主动退出加力,在加力点火成功后增加加力燃油流量时,喷口面积过度放大使得加力燃烧室压力较低而熄火。通过调整喷口控制参数,提高加力点火阶段尾喷口面积放大程度,提高了加力接通性能;通过降低在供油量增加时刻的尾喷口面积放大程度,加力燃烧室能够持续稳定燃烧。试验结果表明：对尾喷口面积控制规律的调节显著提高了发动机的加力接通能力,对于其它涡扇发动机的加力接通设计与改进具有一定的借鉴意义。     

火箭发动机化学非平衡流的组合计算方法

本文分析了火箭喷管跨音速化学非平衡流的流体和化学特性、一元动力流的计算方法ＯＤＫ，对刚性比很大的Ｓｔｉｆｆ方程组采用组合方法设计了求解方案，并与Ｄａｖｉｄ Ａ．Ｂｉｔｔｋｅｒ等的方法进行了比较。用组合计算格式，计算所得结果与用隐式积分方法结果相近，从时间代价分析，节省是明显的。     

Aerodynamically Assisted Tip-Pen Direct Writing

Scaffolds require individual external shape and well-defined internal structure, which is of great importance for tissue engineering. Rapid prototyping (RP) uses layer-manufacturing strategies to create physical objects and has the advantage on scaffold fabrication. A new RP technology called aerodynamically assisted tip-pen direct writing was developed to construct the complex architectures. Compared with the traditional nozzle, the new nozzle has a micro-tip in the center of the micro-hole. The flow is determined by the gap between the micro-hole and micro-tip, which makes it practical for more accurate flow control. A highly accurate three-dimensional (3-D) micro-positioning system was employed with the new nozzle to deposit maltose structures. 3-D architectures had been made by this method, the width of fiber in which is about 120 μm. The results show that this method provides a possibility to construct 3-D scaffolds with tissue-scale features (i.e., 10-100 μm) without bad influence on the biological activities.     

某超燃冲压发动机尾喷管的三维流场特性

超燃冲压发动机结构简单,推重比大,应用前景广阔.但其流场结构十分复杂,研究超燃冲压发动机三维流场结构具有重要的意义.采用计算流体力学软件对某超燃冲压发动机尾喷管的三维流场进行数值模拟,先后得到了流场的密度、马赫数、涡量及速度矢量线图.结果表明:喷管内及侧壁面出口处存在膨胀波.各个壁面出口处附近的流场存在羽流激波和剪切层,内喷管出口周围的羽流激波和剪切层呈环状分布在流场周围,上壁面尾部受羽流激波的影响产生一道由压强决定的管内斜激波.内喷管出口及上壁面尾部处也均存在流向涡结构.