降低发动机羽流对飞行器干扰的研究

发动机在真空环境下工作产生羽流,羽流撞击在飞行器表面产生额外的气动力,会改变飞行器在轨速度和姿态。介绍一种羽流力-推力对冲方法,通过发动机喷口角度优化,使得羽流力、推力分量大小相等、方向相反进而消除发动机工作羽流对飞行器的影响。采用跨流域耦合的NS-DSMC仿真方法优化喷口下偏角、外偏角角度;采用真空冷喷试验验证NSDSMC仿真方法的精度;采用真空罐模拟发动机工作环境,进行发动机羽流测力试验,测量喷口角度优化后平板上的合力,验证羽流力-推力对冲方法的可行性。

聚碳酸酯高应变率分离式霍普金森压杆实验研究

为获得聚碳酸酯(PC)在环境温度范围内的动态力学特性,该文利用分离式霍普金森压杆技术对PC进行高应变率动态压缩力学实验。在低温-50℃、常温+15℃和高温+50℃三种温度下进行实验,并对实验数据有效性进行检验。用二波法对数据进行处理,得到PC在不同应变率下的应力应变曲线。基于应力应变曲线分析了应变率和温度对PC动态压缩特性的影响。实验结果表明PC具有明显的应变率相关性。在高应变率下,PC的屈服强度约为静态下的1.6倍。在动态下,屈服应力随着应变率的增加不断增加,与应变率常用对数呈线性增长关系。PC也具有对温度的敏感性,其屈服应力随着温度的升高而降低,表现为温度软化效应。在-50～+50℃范围内,PC力学特性基本一致,屈服应力变化幅值不超过6%。

双基推进剂的高应变率力学特性及其含损伤ZWT本构

为了解双基推进剂在冲击载荷下的力学特性及本构行为，利用材料试验机和分离式霍普金森压杆（SHPB）对双基推进剂进行了单轴压缩实验，并对实验数据的有效性进行了检验。用二波法对实验数据进行处理，得到了双基推进剂的应力应变曲线。实验结果表明：双基推进剂具有明显的应变率相关性，动态下屈服应力与静态下相比明显提高，且屈服应力表现为应变率对数的双线性关系；双基推进剂屈服应变表现为延脆转换特性，在低应变率下表现为延展性，高应变率下表现为冲击脆化特性。利用含损伤朱王唐（ZWT）本构模型对实验结果进行了拟合，得到了模型中的本构参数，并对损伤因子项进行了分析。通过模型预测曲线与实验曲线的对比，发现含损伤ZWT本构能较好地描述双基推进剂在0～0．14应变范围内的力学特性。

改性双基推进剂高低应变率下压缩特性试验研究

在室温20℃下,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)和材料万能试验机进行了某改性双基推进剂高低应变率下压缩试验,并对SHPB试验数据有效性进行了检验,获得了1.1×10-4～4×103s-1应变率范围内的真实应力-应变曲线。试验结果表明:改性双基推进剂具有明显的应变率相关性。低应变率下,真实应力-应变曲线表现为初始弹性段、屈服及应变强化段和急剧下降阶段,最后表现为试件沿45°～55°斜面发生破坏,且破坏应力和破坏应变均随着应变率增加而增加;高应变率下,真实应力—应变曲线的应变强化阶段消失,表现为应变软化效应。改性双基推进剂的初始弹性模量和屈服应力均随着应变率的增加而增加,且动态相比准静态下增加更加显著。屈服应力为应变率对数的双线性关系,且高应变率下比低应变率下表现出更显著的应变率敏感性。

双基推进剂高应变率型本构模型的实验研究

为研究双基推进剂在准静态和高应变率下的压缩力学行为,利用万能材料试验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB),对双基推进剂材料进行了单轴压缩实验,得到材料在10-4～103s-1应变率下的应力-应变曲线。实验结果表明,双基推进剂是应变率敏感材料,屈服应力和初始弹性模量的对数与应变率的对数近似呈线性关系,且表现出韧脆转化现象。利用朱-王-唐非线性粘弹性本构关系,采用最小二乘法拟合了本构材料参数。研究表明,朱-王-唐本构模型能较好地描述双基推进剂在不同应变率条件下的力学行为。

NEPE推进剂动态力学性能研究

通过改进的分离式霍普金森装置,获得NEPE推进剂在高应变率下的力学曲线。结合超弹性和粘弹性理论,建立一种适合于描述不可压弹性体材料在高应变率有限变形下力学特性的积分型粘超弹本构模型。该模型由两部分组成:基于应变能函数的超弹部分及与应变率和松弛时间函数相关的积分型粘弹部分。其中,超弹部分描述材料在静态下力学特性,粘弹部分则主要用于表征材料动态响应。结合试验曲线获得模型中本构参数,并通过试验数据和模型预测结果对比证明,该模型可较好描述NEPE推进剂高应变率下45%工程应变量范围内的力学特性。

推进剂高应变率力学行为与数值仿真方法研究

为了获得推进剂在不同应变率下的力学特性,利用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术,对推进剂进行了10-3～103s-1应变率的单轴压缩试验。结果表明,推进剂存在明显的应变率效应。采用朱王唐(ZWT)本构描述推进剂的力学行为,通过最小二乘法得到本构方程的系数,然后把得到的数据应用在数值模拟中,通过数值仿真与实验对比,实验证明通过仿真能够较好的描述推进剂在小应变下的高应变率力学特性。

冲击载荷下贫氧推进剂的压缩力学响应

为了解贫氧推进剂在冲击载荷下的力学响应,实施了贫氧推进剂的SHPB实验,获得了推进剂相应的动态压缩力学特性。实验结果表明,贫氧推进剂在高应变率下具有显著的应变率敏感性,推进剂的应力随应变率增加而不断上升;推进剂的最大应力与应变率对数存在线性关系;从应力-应变曲线推断,该推进剂在高应变率变形时表现出粘弹性和超弹性相结合的性质。实验研究可作为研究贫氧推进剂药柱在点火阶段结构完整性的重要依据。

短纤维增强三元乙丙橡胶横观各向同性黏-超弹性本构模型

短纤维增强三元乙丙橡胶包覆薄膜,是一种应用于固体火箭发动机缠绕包覆装药的新型复合材料.为了描述其在工作过程中受振动、冲击等载荷作用时的力学行为,基于黏弹性理论和纤维增强连续介质力学理论,提出了一种考虑应变率强化效应的横观各向同性黏-超弹本构模型.模型中应变能函数被分解为超弹性应变能和黏性应变能,其中超弹性应变能包括表征各向同性的橡胶基体应变能和表征各向异性的纤维拉伸应变能,黏性应变能采用表征橡胶和纤维黏性响应的宏观唯象模型.选取表征各应变能的函数形式,经过数学变换、替代、叠加,求解确定最终的应力应变形式,明确模型参数获取的具体步骤,将预测结果与实验结果对比分析,准确性较高.研究表明:该模型能有效预测材料在低应变率下纤维方向为0?～45?的非线性率相关力学特性;模型形式易于实现有限元开发,对固体火箭发动机装药结构完整性分析具有参考价值.

羽流问题对飞行器飞行影响研究

飞行器上常用的姿态稳定控制发动机,其工作时产生的羽流会在真空中发生膨胀,对发动机周围的构件产生力热作用,造成飞行器结构损坏、飞行器飞行弹道改变,导致飞行失败或影响落点精度。为了解决羽流对某些种类飞行器造成的不利影响,针对羽流流场特性开展了DSMC数值仿真和地面试验研究,给出了羽流影响的系统级预示和修正方法,并对预示结果的精度进行了评估。

高固体含能材料裂纹扩展黏性域模型应用研究

针对含能粒子与基体的界面脱黏对高固体含能材料宏观力学性能的影响,该文基于黏性域模型基本理论和高固体含能材料的界面力学模型,采用界面黏性域模型对高固体含能材料的断裂过程进行了数值模拟,模拟结果与Tan的断裂实验数据较一致。分析了基于界面黏性域模型的高固体含能材料的裂纹扩展特点。结果显示,在裂纹扩展过程中最大应力始终位于裂纹尖端前方某一区域。计算模型与实验模型的一致性表明,黏性域模型可用于高固体含能材料断裂性能的研究。

基于SHPB实验的聚碳酸酯动态特性研究

聚碳酸酯(PC)材料广泛应用在炮弹、火箭弹等军事领域,从而遇到此环境下的冲击加载问题,即材料的高应变率力学特性问题。分离式霍普金森压杆(SHPB)实验是测试材料在高应变率下力学响应的一种行之有效的实验手段。本文利用SHPB对PC进行了动态冲击压缩实验,实验结果表明:聚碳酸酯抗冲击性好,在高应变率下,PC的屈服强度和弹性模量与准静态相比明显提高;聚碳酸酯表现出对应变率的敏感性。