无喷管助推器非定常动边界内流场数值模拟

无喷管助推器依靠药柱的扩张面实现对气流的加速,燃面的线性增加及喉面的指数增加,使其内流场呈现明显的非定常性;侵蚀燃烧、压强的不均匀分布及药柱变形,使无喷管助推器的工作过程十分复杂。通过对FLUENT软件进行二次开发,建立了无喷管助推器的非定常动边界内流场数值模型,考虑了推进剂的点火过程和侵蚀燃烧,可获得各个时刻的燃面位置及内流场分布,从而可对发动机的内弹道性能进行较准确地预示。通过对某无喷管助推器的工作过程进行模拟,内弹道计算曲线与试验曲线吻合得较好。

无喷管助推器喉部侵蚀燃烧规律研究

将X射线高速实时荧屏分析技术用于无喷管助推器的地面试验中,获得了助推器喉部燃面的退移规律,并由此获得了瞬时燃速和侵蚀比。研究表明,无喷管助推器在工作过程中,喉部燃速呈线性下降趋势,侵蚀比约从1.8降低到0.5。对文中研究的推进剂,在1 000 m/s燃气流(喉部)的作用下,当压强大于2.1 MPa时,侵蚀比大于1,并随压强的增大而增加;当压强小于2.1 MPa时,出现负侵蚀现象。文中研究结果为无喷管助推器的性能预示提供了参考。

固体火箭冲压发动机无喷管助推器性能分析

采用一维准定常方法 ,对整体式固体火箭冲压发动机的无喷管助推器内弹道进行了计算。计算结果表明 ,随着燃面的推移 ,燃烧室压强下降很快 ,而推力增大 ;助推器比冲偏低 ;对于高燃速固体推进剂 ,燃速沿通道降低 。

无喷管助推器组合药柱研究

为提高无喷管助推器的有效比冲,研究了由2种不同燃速推进剂组成的组合式药柱助推器性能。采用一维非定常变截面有加质内弹道计算模型,考虑推进剂侵蚀燃烧等因素的影响,针对3种方案组合药柱(前后串装分段药柱、恒定厚度层分层药柱、可变厚度层分层药柱)分别进行了数值计算。计算结果表明,组合药柱可使无喷管助推器的压强峰值降低,平均工作压强提高,从而提高助推器有效比冲和补燃室壳体强度利用率,对无喷管助推器性能和固冲发动机总体性能有明显改进。

双燃速串装药柱无喷管助推器性能分析

用数值仿真的方法对双燃速串装药柱无喷管助推器(长径比为5.1)性能进行了分析,仿真建立的数值模型为纯气相、二维轴对称非定常模型,燃面的退移用动态网格来实现,考虑了推进剂侵蚀燃烧和燃速-压强关系。研究结果表明:在前段燃速不变时,随着后段推进剂燃速的下降,压强曲线下降趋势逐渐平缓,Pmax/P-tb逐渐下降,而推力曲线越来越呈现逐渐上升的趋势,使Fmax/Ft-a增大,同时发动机比冲提高。最后对这一技术的应用进行了探讨。

扩张半角对无喷管助推器性能的影响分析(英文)

用数值分析的方法研究了扩张半角对固冲发动机无喷管助推器性能的影响规律。研究结果表明,随着扩张半角的增大,比冲先增加后减小,扩张半角取22°可使比冲达到近优,这一结论与有关文献的实验结果基本一致;从流动损失方面考虑,在无喷管助推器设计中,药柱出口端面与冲压喷管之间不应出现台阶,应使扩张段连续地过渡到冲压喷管上。本文结论可为无喷管助推器的设计改进提供参考。

无喷管发动机性能优化分析

为优化无喷管固体火箭发动机的设计资源,文中围绕装药参数对无喷管固体火箭发动机性能的影响展开分析与计算。计算结果表明:装药能量、装药燃烧特性、装药结构参数对无喷管固体火箭发动机性能有不同的影响,无喷管发动机设计中采用高能装药、高燃速装药、优化装药结构、合适的装药燃速压强指数、两种燃速装药串联对于无喷管发动机性能的提高有利。

无喷管固体火箭发动机内弹道计算

给出了一种无喷管固体火箭发动机内弹道计算方法,利用此算法就无喷管固体火箭发动机结构和装药等参数对性能的影响状况进行了分析,并得出结论:装药形式、结构尺寸、固体推进剂的燃烧规律与试验温度都对无喷管固体火箭发动机内弹道性能有影响。

无喷管助推器内弹道数值仿真及性能优化

利用Fluent软件提供的动网格技术、UDF编程技术,结合无喷管助推器的侵蚀燃烧规律,建立了无喷管助推器内流场数值仿真模型。为验证数值仿真模型精度,进行了两发无喷管助推器的地面验证试验,发动机的推力曲线和压强曲线与数值仿真结果基本一致,预示精度在误差范围之内。最后,研究了不同扩张半角以及不同装药造型等对无喷管助推器性能的影响。结果表明,扩张半角为24°时,其性能最优;串装及层装药型均可有效提高无喷管助推器比冲。

可燃喷管固体发动机性能初探

可燃喷管固体火箭发动机具有成本低、可靠性高等优点,可用作运载火箭助推器,本文对它的性能进行了初步探索。理论计算的内弹道曲线及喷管型面与实验结果基本一致,实验结果表明,该发动机的比冲稍低于钢喷管发动机的比冲;喷喉圆柱段的燃速比收敛段和扩散段的燃速高,燃烧规律也不相同。

通用无量纲侵蚀燃烧模型

Mukunda和Paul提出了与发动机尺寸、形状以及推进剂无关的通用侵蚀燃烧机理,但该模型没有考虑负侵蚀燃烧的影响。利用侵蚀燃烧过程的无量纲参数,将该模型进行扩展,以考虑负侵蚀燃烧影响,发展出通用无量纲侵蚀燃烧模型。将该模型与一维非定常内弹道计算方法相结合,进行无喷管助推器内弹道性能分析。通过对不同燃温下串装双燃速无喷管助推器内弹道性能的分析,得到了与实验数据相吻合的压强以及推力分布。验证了该无量纲侵蚀燃烧模型的通用性,由于模型与发动机尺寸、形状以及推进剂无关,使得该方法成为设计分析无喷管助推器的可靠实用工具。

无喷管助推器侵蚀燃烧模型对比研究

侵蚀燃烧对无喷管助推器的性能有着至关重要的影响。为了在无喷管助推器设计中准确预测其性能,在分析侵蚀燃烧机理的基础上,利用一维非定常变截面内弹道计算程序,采用几种典型的侵蚀燃烧模型对单燃速锥柱形装药和双燃速串装锥柱形装药发动机的特性进行分析。研究表明,文中推进剂在单燃速锥形装药发动机中表现出较弱的负侵蚀效应,采用无负侵蚀效应的侵蚀燃烧模型的预示结果好于带有负侵蚀效应的侵蚀模型,其中Lenoir-Robillard模型的预示精度最高。而双燃速串装发动机中由于燃气流速较小的范围更大,负侵蚀效应影响较大,只有使用具有负侵蚀效应的Greatrix模型才能得到较为准确的预示结果。

双燃速无喷管助推器内弹道性能优化研究

本文建立了适用于无喷管助推器的一维非定常内弹道计算模型,并通过全因子试验设计和实测数据对比验证,掌握了关键因素对双燃速无喷管助推器性能的影响规律,可为无喷管助推器装药结构优化设计提供参数化选型支持。在此基础上,提出了一种无喷管助推器装药结构及参数选型全局最优设计方法,通过智能优化算法优化后方案的比冲提升11.8%,总冲提升1.33%,实现了在约束条件下显著提升无喷管助推器性能指标的目的。

无喷管助推器药柱结构优化设计研究

为了得到无喷管助推器药柱设计的最优解,采用无喷管助推器一维非定常内弹道计算方法和粒子群模式搜索混合优化算法,构建了无喷管助推器药柱优化设计框架,优化框架中粒子群算法用于全局搜索,模式搜索算法用于局部搜索。对圆柱内孔装药无喷管助推器的药柱结构进行了优化设计,最大化总冲设计在不增大峰值压强的条件下总冲提升了5.4%,最小化峰值压强设计在总冲不降低的条件下峰值压强降低了33.8%,表明设计框架适用于无喷管助推器药柱优化设计过程,能够满足不同药柱设计的需求,混合优化算法的采用大大降低了优化设计代价。

火箭冲压发动机无喷管助推器分析

介绍了无喷管固体火箭发动机性能计算的基本架设、控制方程和装药燃速的处理,对影响无喷管助推器性能设计的火箭冲压发动机主要要求、影响进行了分析,围绕装药长度、冲压喷管尺寸、推力要求等设计约束条件对无喷管助推器设计的影响进行了分析与计算,给出定量计算结果和研究结论.同时,介绍了一种提高火箭冲压发动机无喷管助推器性能的新方法、新方案:冲压喷管共用结构方案.