固体发动机药柱低温点火开裂失效的跨尺度分析

为了准确预测推进剂装药在低温点火过程中是否发生开裂,提出了一种全局⁃局部单向收缩耦合的跨尺度分析方法。针对高能硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂,开展低温中应变率单轴拉伸试验,获取了推进剂的典型失效模式。结果表明,基于发展的推进剂非线性粘弹性本构模型,实现了固体发动机药柱低温点火的宏观结构分析,获取了推进剂药柱结构危险点的位置;同时建立了考虑颗粒与基体界面脱湿和颗粒断裂的细观颗粒填充模型,进一步将宏观结构分析结果作用于相应的细观代表性体积单元(RVE)上。最后,建立推进剂细观失效准则,表明在低温点火条件下药柱结构完整性满足要求。收缩跨尺度分析方法可作为预测药柱在低温点火过程中开裂行为的有效手段。

固体发动机低温点火条件下药柱结构完整性分析

分别采用三维弹性和三维线粘弹性模型,对固体发动机药柱在低温和点火升压2种载荷下的结构完整性进行了计算分析。研究了推进剂弹性模量E、泊松比μ、药柱m数等参数对结构完整性的影响。结果表明,在发动机低温点火条件下,药柱内孔表面是最危险部位;固化降温和点火升压2种载荷引起的最大等效应变在此是相互叠加的;药柱m数对固化降温和点火升压载荷下的应变分布有重要影响。

固体发动机低温点火适应性模拟试验技术

考虑影响固体发动机低温点火适应性的推进剂低温力学性能、药柱固化降温应变以及药柱在发动机点火升压条件下应变等3个关键因素,设计了可用于全尺寸发动机低温点火适应性研究的ф202 mm模拟试验发动机。通过选取合适的药柱设计参数和发动机初始压强,可对全尺寸发动机在低温点火下药柱应变状态进行模拟。模拟发动机已成功应用于A、B和C等全尺寸发动机低温-40℃或-50℃点火适应性研究中,获得了各发动机低温点火试车时的结构安全余量,可在类似发动机低温点火适应性研究中推广应用。

低温点火条件下发动机装药结构完整性分析及验证

为评估某固体发动机装药低温点火条件下安全系数,开展了发动机装药结构完整性仿真和试验研究。基于三维线粘弹性模型,通过有限元软件分析了某发动机装药在低温和内压载荷下的结构完整性。利用快速建压试验系统模拟了低温下发动机点火升压过程,获得装药体积变形和最大主应变。对比仿真和试验结果,完成了相应条件下的泊松比反演。结合推进剂低温快慢组合拉伸试验,得到推进剂在模拟低温点火条件下的最大延伸率,从而获取发动机药柱在低温点火条件下的安全系数。

航空替代燃料低温点火关键物质研究

液体燃料低温条件下挥发的燃油组分对于点火启动有显著影响。通过对航空煤油RP-3和煤基费托F-T燃料低温条件气相组分分析,得到了-40℃到15℃燃料挥发组分及含量分布规律,确定低温条件发动机点火关键物质并进行点火边界测试及分析。通过加入轻烃物质煤基费托燃料点火性能有显著提高作用,其改善顺序为环烷烃最优,其次是支链烷烃,直链烷烃。对航空替代燃料应用于发动机低温冷启动及高空再点火过程有一定指导意义。

低温点火条件下药柱结构完整性分析与试验

固体发动机在低温点火条件下,药柱承受低温和压力载荷的联合作用,结构完整性受到严峻考验,极易发生故障。基于三维粘弹性有限元法,采用 MSC. Patran/ Marc 有限元软件,分析了某模拟发动机药柱在低温和低温点火升压两种载荷下的结构完整性,利用固体发动机冷增压试验系统对该型发动机进行了冷增压试验,考虑温度和压力载荷的不耦合特性,将试验结果与数值仿真结果进行了比对分析。研究表明,药柱在低温点火条件下安全系数为 2.46,结构完整性满足要求;试验结果与仿真计算结果一致性较好;相关研究方法和结论可为固体发动机设计、分析与试验提供参考。

燃喉比对氢氧发动机点火器的低温点火性能影响

针对某型氢氧发动机的点火器在低温工作出现故障的问题,将点火冲量作为表征点火性能的特征量,通过理论分析探究点火持续时间及燃烧室压力对点火性能的影响,并开展点火器不同喷管喉径下的点火冲量测试及裕度试验。研究结果表明喷管喉径为3.6mm时,点火器低温工作可靠度较高,并具有较大的安全裕度。本研究为其他相似结构的产品可靠性提升提供了参考。

二次连续低温点火技术在鞍钢265m^2烧结机上的应用

介绍了鞍钢新烧结分厂在265m2烧结机上采用二次连续低温点火技术的情况。该技术应用后,取得了降低燃耗和提高烧结矿产量的显著效果。

低温点火条件下固体发动机组合药柱的粘接界面力学响应分析

为了研究组合药柱结构在低温点火工况下粘接界面的损伤脱粘,以某型固体发动机为研究对象,基于内聚力模型,分析了组合药柱结构低温点火下的力学响应特性及界面损伤演化情况。结果表明,在低温点火工况下,壳体/包覆层间隙无压强时,组合药柱变形大,由于药柱所受应力超过材料极限性能,导致界面结构破坏,续航段/增速段药柱界面为结构损伤薄弱处。同时,针对续航段/增速段药柱界面进行研究,分析了界面力学性能及续航段药柱模量对界面损伤分布的影响。结果表明,随着界面强度、断裂能的提高,药柱结构完整性会显著改善,而随着界面刚度的增大,仍会出现界面脱粘现象;降低续航段药柱瞬时模量,界面脱粘范围减小,但同时续航段药柱的等效应变会显著增大。

均质烧结技术的发展与配套设计(续一)——二次连续低温点火器的研制与使用效果

作为完善均质烧结工艺的重要技术之一 ,二次连续低温点火器在柳钢烧结厂被研制出来 ,并在 5 0m2 烧结机上应用。与传统点火器及初期开发的二次低温点火器相比 ,可使料层中的热分布和温度分布更加均匀 ,从而使烧结矿产质量提高 。

气体发生器低温点火稳定性研究

气体发生器是汽车安全气囊系统中产生气体的部件。本文研究了电爆管输出压力和点火药性能对高压力气体发生器低温点火性能的影响。结果表明,电爆管和点火药是影响高压力气体发生器的主要因素,选用能量适中的电爆管和带有热粒子的点火药可以有效控制高压力气体发生器低温点火的稳定性。

某型反坦克导弹发动机低温点火延迟时间超差质量问题分析

针对某型反坦克导弹发动机低温点火验收试验中出现延迟时间超差现象，对可能造成该质量问题的原因进行了排查，设计了对比验证试验方案，找到了造成该质量问题的原因，进行了准确定位，并采取了相应措施，使质量问题得到了圆满解决。

低温点火综合试验器的研制

在北方低温点火试验通常在冬季进行,利用寒冷自然环境来提供试验所需低温气体,但近年来随着暖冬现象的出现,可供试验的天气越来越少,同时科研产品对低温点火的温度要求却越来越低。根据新的工作要求,点火温度最低已达到-54℃,外界环境已经无法满足试验的要求。文中研制了低温点火综合试验器,通过对试验件的性能参数确定至设备研制全过程的详细阐述,介绍了整个研制工作过程及过程中涉及到的相关新知识。

低温状态点火瞬间固体发动机药柱结构响应分析

采用线粘弹性模型,针对固体发动机低温状态点火瞬间的推进剂相关力学特性对固体发动机药柱进行了低温状态点火瞬间的结构响应分析。点火瞬间的推进剂模量变化不大,对药柱的结构响应影响较小;而推进剂在不同状态下其泊松比并非一定值:低温状态下推进剂泊松比的值较小,点火升压下推进剂泊松比迅速增大至接近0.5,推进剂泊松比的微小变化对药柱的结构响应有很大影响。分别计算分析了低温状态点火瞬间推进剂泊松比为定值时与推进剂泊松比为非定值时的药柱结构响应仿真结果。分析结果表明,低温状态点火瞬间的药柱应变呈不断增高而应变率则逐渐降低;计算得圆管型模拟发动机的安全系数为1.48,这比推进剂泊松比为定值时计算得到的安全系数的值减小了13.5%。

固体发动机点火适应性试验及其低温下药柱内孔应变分析

为了深入研究壳体材料、推进剂配方、药柱m数、初始温度等因素对丁羟类推进剂固体火箭发动机的整机可靠性结果的影响,进行了多台钢壳体和碳纤维壳体发动机在-40、20、60℃下的地面点火验证试验。试验发现,该类发动机在-40℃低温下点火易发生失效,且失效多发生在点火信号发出后的压强上升阶段。为此,对各发动机低温点火下的药柱内孔点火应变速率进行了计算。结果表明,失效的主要原因是推进剂低温延伸率偏低,难以适应点火增压过程引起的高应变条件。

丙烷/空气低温等离子体点火起爆数值研究

为研究脉冲爆震发动机低温等离子体点火起爆机理,充分考虑丙烷/空气详细化学反应动力学机理,将低温等离子体点火器放电区等效为高温高压热核,利用FLUENT软件内置的层流有限速率化学反应模型,对脉冲爆震发动机低温等离子体点火后由缓燃转爆震(DDT)的过程进行模拟,并对该过程进行详细分析。实验结果表明,将低温等离子体点火器简化成一定压力和温度的火核进行数值模拟是可行的,压力接近常压,壁面温度为常温更合理。数值模拟的爆震波发展时间小于实验结果,考虑到实验时有点火延迟和测量误差,可以认为实验值符合数值模拟时火核为常压、壁温为常温的计算结果。

在钯/耐热合金催化剂上低温催化点火的研究

研究了以耐热合金网(或薄板)为载体的钯系催化剂,用于以航空煤油—空气介质的催化点火试验。研究了催化剂制备和活化条件对催化活性的影响,以及混气温度,燃空比和线速度等因素对点火时间的影响等。实验证明这种蜂窝状钯/耐热合金属催化剂用于航空煤油—空气混气得低温催化点火是成功的。

某型火箭发动机点火器故障分析与改进

火药点火器是我国现役新型运载火箭氢氧发动机的重要件,为火箭发动机提供初始点火能源。由于液态氢氧温度极低,导致该点火器工作前处于极低温环境。该产品具有火药燃气流量大、温度低、产物清洁度高等特性,为产品的研制带来很大的难度。经过技术攻关,基本解决了上述问题,但在后续试验过程中,又暴露低温工作可靠性低的问题。针对低温工作出现故障的问题进行故障分析与诊断,通过理论分析探究影响点火性能的影响因素,最后,通过试验验证主要影响点火性能的影响因素。本文介绍的分析故障、优化改进的思路,也为其他型号相似结构的产品可靠性提升提供了借鉴。

火药点火器小样本可靠性验证试验与分析

火药点火器可通过内部推进剂燃烧持续输出火焰,被广泛用于各类武器及航空航天器上,为动力系统提供初始点火能源。某型火药点火器用于我国新一代运载火箭主发动机,作为整发火箭的单点环节,且工作环境较恶劣,对产品可靠度提出了很高要求。本文选取了两种可靠性评估方法对其改进后的可靠性进行分析与验证,并利用最大熵试验法计算出其可靠度下限,达到了0.9992。分析过程为其他结构、功能相似的火工装置可靠性分析提供了思路与借鉴。

等离子体低压电极孔对点火起爆的影响

针对以低温等离子体点火起爆的脉冲爆震发动机,研究放电区体积不变,低压电极孔对点火触发爆震发展过程的影响.以丙烷为燃料,空气和纯氧为氧化剂,充分考虑其详细化学反应动力学机理,将低温等离子体放电区等效为高温高压火核,利用Fluent软件,对不同低压电极孔数和直径的5种点火器结构,进行点火起爆过程数值模拟.结果显示,低压电极孔数多、直径大,初始阶段放电区压力和温度下降快;爆震管内轴向初始火焰体积随低压电极孔面积增大而减小、火焰传播速度变慢,爆震波峰值压力增加缓慢,DDT时间大幅增加;低压电极孔面积越小,越有利于触发爆震;对多循环工作的PDE,需合理设定低压电极孔数和直径,以获得良好的点火起爆特性.