基于混合正交法的环喉式膨胀偏流喷管性能影响因素研究

利用混合正交法设计数值模拟实验对环喉式膨胀偏流喷管(ATEDN)的工作过程进行研究,以获得ATEDN在不同工作模态的流场特征并分析入口压力、扩张比和塞锥基底半径三个影响因素共同作用下喷管性能的变化规律及各因素对喷管性能影响的显著性。采用FLUENT商用软件对ATEDN在0~31 km高度范围内的工作状态进行模拟。模拟结果表明,ATEDN在不同工作高度下存在开放-固壁反射、开放-自由边界反射和闭合三种基本工作模态。根据喷管流动经历的不同工作模态特征,将喷管的工作过程进行分类,具有不同工作过程的喷管推力性能存在显著差异。结果对比发现,在所选的参数水平下,塞锥基底半径是影响高度积分平均比冲的最显著因素,其次是扩张比,入口压力影响最小。随着喷管扩张比的增加,高度积分平均比冲降低;随着喷管入口压力和塞锥基底半径增加,高度积分平均比冲增加。

固体火箭发动机橡胶密封结构可靠性试验及评估方法

由于关系到固体导弹的首翻期,“O”形橡胶静密封结构可靠性一直是固体火箭发动机寿命研究的重要内容。在梳理和分析密封结构全寿命周期剖面中长期贮存、快速点火升压和短时间工作平衡这三个典型阶段载荷及其变化的基础上,以密封接触应力为表征参数,基于应力-强度干涉模型建立了重点考虑前两个阶段的密封结构可靠性评估方法。为快速准确模拟第一阶段密封结构的贮存性能变化过程,采用了步进应力加速贮存试验项目;为获得第二阶段的密封结构可靠性的广义强度和应力,提出了密封面张开速率及回弹过程密封接触应力测试项目,构成了密封结构全寿命周期可靠性试验方法。据此,开展了F108“O”形密封结构的贮存试验和评估,验证了该方法的可用性和准确性。

基于试验数据对比评估的橡胶堵盖加速寿命研究

为科学获取某型喷管橡胶堵盖的库房贮存薄弱环节和寿命,根据其装配和使用时所受敏感应力为本体的拉伸应力和剪切应力,以及堵盖与喉衬之间的剪切应力的特点,分别设计橡胶堵盖本体材料的哑铃型试样、橡胶?胶粘剂剪切试样、以及硬质泡沫塑料?胶粘剂?结构缠绕制品开展加速寿命试验与评估方法对比研究。研究结果表明,传统的老化动力学模型不能适用于所有材料的评估,对于不同试验件的力学性能测试数据应采取不同的模型进行退化分析;橡胶堵盖随发动机在弹上长期贮存时,本体所受的剪切应力是其失效的主要模式;与喉衬粘接界面相比,橡胶堵盖本体更容易失效。开展验证试验,将橡胶堵盖真实产品等效加速至薄弱环节的寿命评估年限,并进行打开压强试验,从而验证了评估模型和评估方法的有效性。

固体火箭发动机内部流动线性稳定性分析

以典型固体火箭发动机的简化模型Taylor-Culick流为例,对其内流的线性稳定性方程开展了较为详细的推导与介绍,并给出了相应的数值求解方法。采用谱方法分析了环向波数、轴向距离与雷诺数对局部线性稳定性的影响。计算表明,环向波数从0增加到1时,该波数呈现不稳定特征;当环向波数继续增加时,环向高波数模态会逐渐趋于更稳定状态。此外,轴向距离增加时,流动会变得更不稳定。稳定性分析表明存在一个雷诺数临界值,低于该临界值时流场随雷诺数增加而变得更不稳定,高于该临界值时,内部稳定性特征对雷诺数不敏感。通过计算,还给出了发动机内的流动不稳定发生的频率,可供发动机设计参考。