底排装置底部压力和回流区特性研究

采用标准k-ω湍流模型和有限速率化学反应燃烧模型对二维轴对称雷诺平均N-S方程进行了数值计算,分析了超声速自由来流下冷流和H2-O210组分28步基元燃烧反应的底部排气近尾迹区流场特性,得到了不同排气参数下底部压力和回流区特性,与实验值相吻合。计算结果表明,在较小排气参数下添能比加质更有利于底压提高;随着排气总温的增加,最佳排气参数逐渐减小,回流区逐渐减小;回流区前滞止点位置随着排气参数、排气总温等因素变化而变化,而后滞止点位置几乎不变,但燃烧对回流区前后滞止点均产生了影响。

高速旋转固体火箭发动机内流场数值计算

为计算高速旋转固体火箭发动机内流场特性,采用RNG k-ε湍流模型,对某端面和内孔同时燃烧管状装药固体火箭发动机燃烧室-喷管统一内流场进行了三维流场数值计算。采用用户自定义函数UDF编程给出了质量入口边界。计算结果表明,高速旋转固体火箭发动机内流场切向速度分布较复杂,在燃烧室前封头呈现出了准Rankie组合涡分布,在喷管内呈现明显的准强迫涡特性。燃气切向速度在燃烧室和喷管喉部分别达到峰值。燃烧室前封头处燃气轴向速度变化剧烈,出现了2个峰值,并在近轴线处出现了轴向速度的负值。高速旋转对前封头与喷喉结构强度与热防护带来严重影响。

高压大功率IGBT失效机理和耐高温改性有机硅灌封材料研究综述

随着当今世界能源消耗量和电力需求的增加,柔性直流输电技术得到了快速发展。绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为直流输电技术的关键装备,具有节能、高频、安装方便、散热稳定等诸多优点。在直流输电技术发展的同时,IGBT电力电子装备不断向高电压、大功率的方向发展,其产生的热量和运行温度逐渐增加,致使其绝缘灌封系统失效问题日益突出,因此,寻找一种具有耐高温性能的绝缘灌封材料对于高压大功率IGBT等电气装备的发展具有重要的意义。该文从IGBT的封装结构入手,总结和分析了IGBT不同影响因素下的失效机理,并针对其中的高温作用下的封装失效,阐述了目前耐高温改性有机硅灌封材料的研究进展,同时对其应用领域进行了归纳,期望为新型耐高温有机硅灌封材料的研发提供一定的思路。

旋转固体火箭发动机统一流场计算

为了进一步研究旋转对固体火箭发动机工作的影响,采用RSM湍流模型对内孔燃烧、内孔与端面同时燃烧管状装药旋转固体火箭发动机统一流场进行了仿真。采用UDF编程给出质量入口边界,获得了旋转条件下发动机内流场结构参数特点,并给予理论说明。计算结果表明,内孔燃烧装药发动机切向速度流场类似于典型的Rankine涡,端面和内孔同时燃烧装药发动机切向速度流场呈现出Rankine涡和由端面燃烧引起的强迫涡的复杂组合涡;在发动机前封头和喷管喉部涡核切向速度峰值非常大,使燃烧室前封头和喷管喉部工作环境显著恶化;旋转使发动机燃烧室压力沿径向逐渐增大,强迫涡附近的压力梯度远大于推进剂表面的压力梯度。

中国3m直径氢氧动力系统技术改进及后续发展

简要介绍了中国现有高空起动3m直径氢氧动力系统方案,并与国外高空起动氢氧级进行对比。回顾了3m氢氧模块动力系统技术改进的历程,基于CZ-3A系列火箭原有三子级动力系统,针对新一代CZ-7A火箭三子级的特点,完成了三子级增补压控制策略、射前增压管路预冷、长时间滑行以及氢紧急排气方案等一系列技术改进,并逐步应用于CZ-7A、CZ-3A及CZ-8火箭末级的动力方案统型,现已发展为用于3个型号的通用化模块。鉴于中国新一代火箭已逐渐成熟,以CZ-7A氢氧末级发展为牵引,给出了中国高空起动氢氧动力系统后续发展方向建议,提出了使用YF-75D发动机的氢氧动力发展思路。

高性能纤维增强聚醚醚酮复合材料挤出成型增材制造现状与挑战

材料挤出成型是一种典型的增材制造技术,其通过高温加热,将热塑性聚合物或其复合材料熔融挤出,而后逐层累积成型。它具有无需模具、可成型复杂零部件、低成本等显著优势,在生物医疗、航空航天、汽车工业等多个领域有着广泛的应用前景。聚醚醚酮作为一种半晶态超强热塑性聚合物,其纤维增强复合材料具有轻质高强、热稳定性好、化学稳定性佳等优异特性。利用材料挤出成型工艺制备纤维增强聚醚醚酮复合材料,可实现零部件的高性能低成本快速制造。介绍了纤维增强聚醚醚酮复合材料挤出成型制造技术的发展现状,分别从成型工艺机理、技术发展及性能对比等几个方面展开论述,并系统分析了未来技术发展所面临的挑战。

星舰动力特点及再入过程推进剂流动仿真研究

为给新一代可重复使用运载器的研发提供参考,梳理了星舰动力系统的技术特点,并采用限体积法(Volume of fraction,VOF)对再入过程中液氧贮箱三维非定常流动进行了仿真,分析了复杂加速度场下推进剂贮箱内液氧流动特性。仿真结果表明,在星舰再入着陆阶段,贮箱内推进剂发生了低频率(<0.6 Hz)、高幅度(轴向质心偏移高达20%)的晃动;并且贮箱底部推进剂产生了大量夹气现象,这可能会给发动机带来灾难性后果。

液体火箭金属膜盒式蓄压器的动力学模型

蓄压器是抑制液体火箭POGO振动的重要装置,通过推导建立了更具普适性的蓄压器精细化动力学模型,给出了膜盒刚度、动质量以及膜盒组件数量对蓄压实际柔度参数、惯性系数的修正方法,该模型提高了输送系统液路频率的计算精度。针对带有充气管路的蓄压器结构形式,引入了充气管路的分布参数动力学模型。研究发现较长的充气管路不仅会对蓄压器产生一定的附加容积效应,同时会形成新的低频振动,影响蓄压器吸收压力脉动的能力。

低温流体闪蒸喷雾研究

为了研究低温流体闪蒸喷雾特性,建立了低温流体闪蒸计算模型,并通过试验进行了验证。在欧拉-拉格朗日框架下采用CFD-DPM方法模拟了闪蒸过程的气-液两相流场。研究表明,在闪蒸喷雾形态和温度分布特性方面,数值模拟与试验结果吻合。低温流体喷入低压环境后,在喷嘴出口附近便发生剧烈的闪蒸现象,呈现出巨大的喷雾角,并且喷雾温度急剧下降至环境压力对应的饱和温度;在喷嘴出口附近区域(x/d~40),过热闪蒸占据绝对主导地位,其蒸发速率高出其他换热2个数量级,随着喷雾液滴运动至流场下游,对流换热与热传导逐渐占据主导地位。闪蒸带来的强烈换热导致喷嘴附近可能会发生复杂的气-液-固相变,将会对发动机高空可靠点火带来风险。

低温推进剂重定位过程流动特性研究

针对传统仿真方法不能合理预示重定位气泡逸出过程的问题,基于Flow 3D提出了一种以卷气率预示气泡逸出过程的三维CFD仿真方法,研究了初始液面形态、填充率及防晃挡板对重定位过程推进剂流动特性的影响,获得了重定位过程流体质心高度、平均动能、液体卷气率及平均气泡直径的变化规律。结果表明:采用Flow 3D研究重定位过程的方法可行,结果有效,各特征时间仿真值与试验值的误差小于10%;凹液面、50%填充率且无挡板的工况包含涌泉变形将气枕分为两部分与液体中的气枕破碎并逸出的过程,流动复杂,重定位时间相对较长;防晃挡板可以有效减小重定位时间。

IGBT灌封用苯基改性有机硅凝胶的耐热及介电性能研究

随着绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)向高电压、大功率化方向发展,其产生的热量和运行温度快速上升,致使其绝缘封装系统失效问题愈发突出。为满足IGBT日益严苛的工作环境,亟需研发一种高性能的有机硅灌封材料。该文通过化学合成制备苯基改性有机硅凝胶(phenyl modified silicone gel,PMSG),研究其耐热和介电性能。结果表明:PMSG失重5%的热失重温度为383℃,室温击穿场强可达32.62 kV/mm,比纯有机硅凝胶(pure silicone gel,PSG)提高17.42%,且150℃击穿场强相较于室温击穿场强仅下降25.38%,展现出更优良的高温耐电特性。同时,其相比于PSG具有更低的介电损耗。因此,PMSG作为IGBT封装材料时,整体性能更加优良。该研究将为IGBT封装用新型高性能绝缘材料的研制提供有效思路和理论基础。