弹射装置装药增面比参数影响分析

针对采用固相装药的纯燃气式弹射装置研究高压室内弹道设计过程中装药增面比参数对导弹出筒运动特性的影响,分析了5种不同装药结构的增面比表达式,通过方程组和软件数值仿真求解了高压室、低压室压强及导弹出筒速度、加速度,根据计算结果进行对比并得出结论:增面燃烧装药可以显著降低导弹出筒的峰值加速度;半球形装药可在三维方向上实现更大的增面比;在装药质量相同、出筒行程(筒长)相同的情况下,与管状增面燃烧装药结构相比,半球形装药结构可使导弹出筒运动性能得到明显提升。

煤油凝胶液滴破碎时空特性实验研究

为了探究煤油凝胶液滴破碎的时间和空间分布特性,采用高速摄像机拍摄破碎过程,获得在不同气流速度下煤油凝胶液滴的破碎特征、流动参数对破碎时间和破碎区域的影响。结果表明:随着韦伯数(We)增大,煤油凝胶液滴依次发生与煤油(牛顿流体)液滴相同的破碎模态,且模态转换We随着胶凝剂含量的增加而提高。三种煤油凝胶的总破碎时间和初始破碎时间的比值(Ttot/Tini)均随奥内佐格数(Oh)的升高而降低,且均趋近于牛顿流体的该值(3.125)。在破碎结束时,横向破碎区域随着We数的升高而扩大,且胶凝剂含量越低范围越大;纵向破碎区域随着We数升高会扩大到一个极值,胶凝剂含量为1%和2%的煤油凝胶,破碎区域和初始液滴直径的比值趋于20,胶凝剂含量为3%时,该值趋近17。

基于VOF模型的凝胶推进剂的伪流动研究

利用VOF模型计算凝胶推进剂一次雾化的两相流动时,为研究引入表面张力后伪流动的特征,开发了基于同步重叠相加(SOLA)交错网格算法的非牛顿不可压流体求解器。以凝胶推进剂液滴为对象,研究了VOF模型下的伪流动。结果表明:使用本方法的验证算例中数值解和解析解吻合度较高,误差在5%以内;伪流动强度定义中包含表面张力系数,一定程度上抵消了凝胶推进剂表面张力计算误差增大对伪流动强度的影响;4种网格尺度下,伪流动强度的变化趋势及时间平均值基本一致,说明网格尺度对伪流动无影响;伪流动强度随着本构参数n的升高而增强,并且当n>0.6时上升得更快;伪流动强度与本构参数K呈比例系数为0.05的线性关系。

膏体燃气发生器启动特性研究

设计了一套膏体燃气发生器,进行了膏体燃气发生器启动试验,包括膏体燃气发生器流量实验,单次和重复启动试验,以研究基于气源供给方式的流量可调膏体燃气发生器启动特性,探索使用黑火药点火和热流挂管余热重复启动方案的可行性及其对内弹道特性的影响。结果表明膏体燃气发生器单次和重复启动效果良好,单次启动试验验证了燃烧室压力受供给流量控制,可实现推力可调,燃烧室工作压力分别为1.2MPa和1.9MPa,重复启动试验验证了重复启动方案的可行性,重复启动间隔8s;由于膏体推进剂剪切稀化的特性导致膏体燃气发生器内弹道曲线呈缓慢向上爬升趋势,点火初期燃速与燃烧室压力匹配过程会出现振荡燃烧现象;膏体推进剂中的气泡以及工作过程中反向传热均对内弹道特性产生影响;膏体燃气发生器燃面位置和燃面大小的控制仍为膏体燃气发生器启动过程中的一系列难点。

小型双脉冲发动机金属膜片的承压与破裂

为了得到双脉冲发动机隔舱处金属膜片的适宜结构,本文中采用Johnson-Cook材料损伤模型对不同规格金属膜片的承压、破裂过程进行了数值模拟,确定某种规格金属膜片满足设计要求。针对符合要求的金属膜片结构,设计了一套测双向测压装置,对金属膜片的承压、破裂过程依次进行试验。验证了所采用的金属膜片在一脉冲工作时其结构完整没有发生破裂,在二脉冲工作时金属膜片沿着预制刻痕破裂且没有金属碎片脱离,承压和破裂均能满足发动机正常工作要求。通过数值模拟和实验进行对比,发现得到的结果接近,说明采用本文的数值模拟方法研究金属膜片承压与破裂是可行的。通过数值模拟发现,在相同金属膜片厚径比时,随着金属膜片直径的增大,破裂时所需的压强先增大后减小再增大。

变掠翼巡航导弹气动特性及最优掠角分析

针对传统巡航导弹只有固定的气动外形,无法根据不同的弹道段飞行任务保持最佳气动性能的问题,设计了一种“剪切式掠翼”巡航导弹构型的变体飞行器。在亚声速和低超声速飞行时的外流场进行数值计算,得到变掠翼巡航导弹的气动特性参数;为获取巡航导弹在各速域下的最优掠角,采用遗传算法对变掠翼巡航导弹气动力系数进行全局寻优。结果表明:结合遗传算法可以合理得出变掠翼巡航导弹在各速域下的最优掠角;在亚声速阶段,掠翼完全展开时可以获取较高的升阻比,完全展开掠翼的升力系数比完全收缩时高76%;在低超声速阶段,最优掠角迅速增大,选用较大的掠角可以有效减少飞行阻力,弹翼完全收缩的阻力系数比弹翼完全展开时低53%。结合变掠翼可以有效帮助巡航导弹在亚声速和低超声速均具有良好的气动特性,变掠翼巡航导弹有着广阔的应用前景。

反旋稳定舵机的改进型滑模变结构控制

针对火箭弹反旋稳定舵机转速控制系统的非线性和时变的特性,设计了一种改进积分型滑模变结构控制器。针对工作过程中存在的负载扰动,设计了负载观测器并引入滑模控制器中。建立无刷电机的数学模型,采用PID、积分型滑模控制和改进积分型滑模控制进行仿真验证。仿真结果表明:改进积分型滑模变结构控制超调量小、响应速度快,并且对负载扰动具有较强的鲁棒性。