一种研究双燃式(超燃)冲压发动机进气道和燃烧室冷态内流场的实验方法

采用一种研究双燃式（超燃）冲压发动机进气道和燃烧室冷态内流场的实验方法：将进气道内流场的起始截面直接与型面喷管的出口截面相连，即将进气道和燃烧室的实验模型当作风洞的试验段，观察流场和波系的变化，并采用该方法进行了实验研究。内流场的压力测量和光学流场显示结果表明，在文中所示实验状态下风洞能启动，超燃冲压发动机模型处于双燃式所要求的冷态工作状态，即燃烧室外涵道为超声速流动，燃烧室内涵道（亚燃室）为亚声速流动。

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。

串联双燃速固体火箭发动机一维内弹道计算

探讨了双燃速固体火箭发动机一维内弹道计算方法 ,并给出了混合燃气参数的处理方法 ,综合考虑了燃烧室热损失、喷管效率、喉部烧蚀和装药的侵蚀燃烧对内弹道性能的影响 。

双燃速固体火箭发动机零维两相内弹道方程及其工程算法

基于国内现有的单燃速固体火箭发动机热力学参数计算部级标准,文中推导了理论上比较严格、形式上尽可能简单的双燃速固体发动机零维两相内弹道方程,其中包括一种新形式的能量方程,以及简单可行的计算点火上升段和拖尾段比冲和特征速度的方法。作为示例,计算了"长二丙"运载火箭上面级固体发动机的内弹道,结果表明文中方法的预示精度满足工程要求。

三维双燃速装药固体火箭发动机工作过程研究

为了对复杂三维双燃速装药固体火箭发动机工作过程进行深入研究,基于FLUENT软件的UDF模块,进行了三维双燃速装药固体火箭发动机工作过程的数值计算,并与实验结果进行了对比,结果表明:星型段的点火相对圆管段存在一定点火滞后;采用纯六面体结构网格结合弹性光顺法、动态分层法及局部网格重构法可以实现近似的三维双燃速装药燃面推移过程计算,但仍需在非结构网格结合局部重构法方面进行深入研究;总的来说,仿真结果与实验结果符合较好。

单和双燃速固体发动机零维内弹道方程探讨

基于热力学第一定律的一般表达式,推导了单燃速和双燃速固体火箭发动机零维内弹道能量方程,并指出一些有关固体火箭发动机原理的教材中给出的单燃速零维内弹道方程在理论上并不严格一致的两个原因:一是忽略了发动机点火启动过程中燃烧室内的温度变化;二是忽略了因推进剂燃面退移控制系统所做的容积功.在一个算例中,教材中的内弹道方程计算出的点火启动时间比本文方程计算出的时间约长40%,说明不宜忽略点火启动过程中燃烧室内燃气温度的变化.

嵌金属丝双燃速药柱沸腾高度及典型脱粘对发动机性能的影响

为了获得嵌金属丝双燃速药柱沸腾高度及典型脱粘对发动机性能的影响,开展了药柱不同沸腾高度及典型脱粘对发动机推力变化计算。分析结果表明,在嵌金属丝情况下,沸腾高度影响着二级推进剂参与燃烧的时刻及过渡段内弹道性能变化。包覆层与药柱出现脱粘时发动机推力会出现异常,通过对试验数据进行反算验证,认为脱粘是导致推力突变的主要原因。该分析能为同类型发动机设计提供一定参考。

嵌金属丝串装双燃速药柱燃烧分析及发动机内弹道计算

针对嵌金属丝、串装双燃速装药燃烧过程进行了分析,得到了燃面变化的基本规律。基于PRO/E软件,实现了嵌多根金属丝、双燃速推进剂串装药柱复杂燃面的精确推移计算。为精确计算发动机复杂的内弹道,建立了内弹道微分方程组,并通过Runge-Kutta法进行了求解。结果表明,该数值计算方法计算结果与实测数据吻合度较高,计算方法精确可靠,满足工程预示要求。

串装双燃速药柱发动机的内流场计算

对一维的加质燃烧室流场、轴对称的二维喷管内流场和高燃速药柱燃烧完成后的燃烧室二维内流场以及三维药柱几何做了一体化计算。应用轴对称的N S方程、TVD有限体积法的显式MacCormack格式 ,对燃烧室后段及长尾喷管跨声速流场进行求解 ,得到了双燃速内弹道性能和轴对称二维流场中燃气参数的分布。结果具有较高的精度 ,并为进一步的燃烧室和喷管热结构分析提供数值依据。

基于残值函数法的双燃速药柱内弹道分析

残值函数法采用残值函数记录燃面位置,通过惠更斯原理模拟燃面的推移过程。此算法可以准确捕捉由于燃速间断的存在导致燃面的交汇、分离、消失等复杂拓扑结构变化,且不需要进行网格重构,稳定性好。采用残值函数法模拟了双燃速药柱的燃面推移过程,通过数值仿真与试验结果的对比可知,残值函数法准确捕捉了高低燃速推进剂交界面处燃面复杂拓扑结构的变化,解释了双燃速药柱发动机内弹道呈现的转级过程中压强大幅度波动现象的原因。分析了不同燃速交界面位置对发动机内弹道的影响,对药柱的优化设计及成型要求具有指导意义。

西气东输管道双燃驱压气站机组运行分析及建议

西气东输一线的管道压气站中有10座"2+1"运行方式的燃驱压气站,2010年西气东输一线管道输量为1.68×1010m3,接近管道设计输量。经过对离心压缩机运行数据的分析,发现双燃驱站的燃机和压缩机在性能参数设计选择上的考虑欠周,燃机和压缩机不能同时运行在各自设计的工作区域,导致了西气东输管道能耗较高。冬季以双机运行为主,机组负荷率仅维持在40%～60%;而夏季以单机运行为主,负荷率可达到100%。本文提出了将双燃机站现有压缩机的机芯更换为大流量机芯的方案,可以解决因燃机-压缩机在性能参数上不匹配造成的能耗高的问题,且一年可收回投资成本。同时,建议实施夏季燃机进气制冷的改进方案,帮助改变夏季燃机运行工况,延长燃机的使用寿命。

双燃氧枪喷头的开发应用

济钢第二炼钢厂开发应用单流道双燃氧枪喷头技术，加快了化渣，废钢比提高了７％－１０％，提温用Ｆｅ－Ｓｉ用量减少了１．１ｋｇ／ｔ，且操作平稳，喷溅少，吹氧时间缩短３０－４０ｓ年经济效益达５８２．５万元。

带侵蚀效应的三维双燃速装药固体火箭发动机点火过程

针对三维双燃速装药固体火箭发动机,采用商用CFD计算软件的用户自定义方程对点火瞬态过程中的侵蚀燃速、燃面温度、质量源项、动量源项、能量源项及点火器入口等进行了二次开发,并进行了考虑侵蚀效应的点火瞬态过程流场仿真计算,与地面点火试验内弹道数据进行了对比分析。结果表明:点火初期发动机头部的气流流动十分复杂,且头部压强随时间变化十分剧烈;堵盖打开会造成头部升压梯度振荡,并产生负升压梯度;仿真与试验结果符合较好,说明采用一维非定常固相传热方程计算三维燃面温度可以满足当前工程要求,计算方法正确有效。

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。

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。

美国海军的HyFly计划

HyFly计划是美国海军研究办公室和DARPA于2002年启动的一项重要的高超声速计划,在经历了2007年9月和2008年1月的两次挫折之后,最近波音公司又获得了再次试飞的资金。首先回顾了HyFly计划的发展背景,描述了该飞行器的基本工作机理和主要设计特点,通过梳理几次关键的试验,介绍了HyFly技术水平现状。