固体火箭发动机喷管化学烧蚀的动态数值模拟

为分析固体火箭发动机喷管的化学烧蚀过程，准确预测喷管壁面烧蚀率，在Fluent平台上采用UDF二次开发方法，结合壁面化学反应模型和动网格技术建立了动态烧蚀模型，实现了喷管型面衰退和内流场变化的双向耦合作用.针对推进剂中不同Al质量分数的工况，利用动态烧蚀模型对70-lb BATES发动机喷管的二维非定常流固热耦合过程进行了数值仿真计算,论证了模型的准确性.结果表明：烧蚀率计算值与试验值基本一致；烧蚀率随推进剂中Al质量分数的增加而降低；动态烧蚀模型能更准确地预测喷管壁面烧蚀率；型面衰退改变了喷管流场，在喉部附近产生了更高的压强和温度；采用动态烧蚀模型计算的喷管在喉部壁面附近的H2O和CO2的浓度更高.     

流场分析在弹射座椅研制中的应用

本文利用Fluent软件对弹射座椅火箭发动机内流场和喷管羽流rocket efflux,以及座椅弹射二维空间流场进行了数值模拟,并对在座椅研制过程中开展整个座椅弹射空间流场分析的重要性进行了论述。对于座椅弹射火箭内弹道和结构设计,以及双座弹射过程中喷管羽流的危害评估都具有一定的指导作用,对加强弹射座椅的安全防护和结构改进也有一定的借鉴作用。     

流场分析在弹射座椅研制中的应用

本文利用Fluent软件对弹射座椅火箭发动机内流场、喷管羽流以及座椅弹射二维空间流场进行了数值模拟,并对研制过程中开展座椅弹射空间流场分析的重要性进行了论述。对于座椅弹射火箭内弹道和结构设计,以及双座弹射过程中喷管羽流的危害评估都具有一定的指导作用,对加强弹射座椅的安全防护和结构改进也有一定的借鉴作用。     

采用气膜冷却的燃烧室流场数值研究

针对某采用气膜冷却的燃烧室在设计工况运行时喷管喉道内温度非正常升高所导致的烧蚀故障,该文基于有限体积方法数值模拟燃烧室内的流场,分析烧蚀的原因并提出改进方法.研究发现,冷却气膜在一个较大旋涡诱导作用下被卷入燃烧室中心区,导致喉部处局部温度非正常升高至2 252 K, 从而将内壁烧蚀.通过改变冷却气体的流量和进入燃烧室的入流方向,能使喷管喉部温度降低500 K以上,从而降低了发生烧蚀的可能性.该文还得到了最佳冷却效率的冷气入流方向角为60°~70°.     

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.     

火箭羽流场电子密度及其RCS数值分析

在FLUENT+GAMBIT软件环境下,对不同高度下火箭羽流场结构及其电子密度分布进行了数值模拟,给出火箭羽流电子密度分布随高度的变化规律,并以此为基础构建了火箭羽流的HF波段电磁散射模型,对比计算了HF(高频)波段下火箭箭体、火箭箭体+羽流的雷达散射截面(RCS).结果显示:在HF波段的大部分入射角范围内,羽流会不同程度增加火箭的RCS.     

某型无人机固体火箭发动机助推器尾流场数值研究

为研究某型无人机固体火箭助推器在助推无人机起飞时,产生高温燃气尾流对地面发射架造成冲刷影响,开展三维尾流场数值仿真。结合结构特性与计算精度选用结构化网格技术、压力基耦合算法、k-ε湍流模型、二阶迎风格式对轴对称固体火箭发动机尾流场进行了三维稳态数值计算,并对尾流场主要特点进行分析。研究发现高温高速尾流对喷管后方区域环境及发射架影响巨大,考虑到喷管后方发射架或其他保障设备安全,需要有可靠的热防护措施。     

脉冲发动机喷管喉衬故障的计算与分析

为了解决脉冲发动机喷管喉衬曾出现过从其喷管座中打出的故障问题,利用MSC Patran 2004r2有限元软件对脉冲发动机喷管喉衬进行了强度分析.选用了三角形轴对称单元,用PCL语言编写了施加变压力载荷的程序,采用高压密封容器对整个喷管作了静压试验,分析了载荷、位移约束和材料性能对喉衬最大应力的影响.结果表明,喉衬支撑结构的耐烧蚀性能没有满足使用要求.经过试验验证,采用将支撑结构改进成镶嵌更耐烧蚀的金属衬套的复合结构措施的喷管,工作正常,结构完好.     

一种固体火箭发动机针对喷管喉径变化的辨识方法

固体火箭发动机在工作过程中,喷管喉径的变化规律是一个典型的“黑箱问题”。本文利用控制论中的辨识技术对喷管喉径的变化规律进行研究,利用实验数据并建立数学模型,通过数值仿真来预示喷管喉径的变化规律。最后通过算例,验证了该方法的可行性。     

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。