嵌银丝端燃药柱燃气发生器理论性能分析

为了研究嵌入金属丝后端燃药柱燃速的变化规律,探讨嵌金属丝端燃药柱燃气发生器应用于非壅塞固体火箭冲压发动机中的可行性。采用编制的零维内弹道程序,对嵌银丝端燃药柱燃气发生器的理论性能进行了分析。算例结果显示:嵌入银丝能有效提高推进剂的燃速;设计稳态段较长的内弹道曲线是嵌银丝端燃药柱燃气发生器应用于非壅塞固体火箭冲压发动机中的关键。

嵌金属丝端燃药柱燃烧过程的数值研究

通过对金属丝采用一维传热方程,对端燃药柱采用二维轴对称传热方程,对燃气采用常微分控制方程,数值研究了嵌金属丝端燃药柱发动机的工作过程和金属丝热物性及其直径对沿金属丝燃速的影响。计算结果表明,沿金属丝燃速随金属丝导热系数、金属丝熔点的增大而增大,随金属丝比热的减小而增大;对同种金属丝存在一个最佳金属丝直径,使沿金属丝燃速达到最大值。该模型计算结果与试验结果相符较好,且能够得到沿金属丝燃速、药柱燃面变化及燃气压力等随时间的变化;模型简单、所需计算资源较少,适用于工程设计应用。

嵌金属丝端燃药柱固体发动机水下点火数值模拟研究

为探讨降低固体火箭发动机水下点火初期推力峰值的方法,通过对燃气采用常微分控制方程、对嵌金属丝采用一维传热方程、对端燃药柱采用二维轴对称传热方程、对燃气泡采用球形气泡模型,就嵌金属丝端燃药柱发动机水下点火的工作过程进行了数值模拟研究。算例结果显示,发动机水下点火初期的推力峰值小于稳定工作推力,初始燃面积对推力峰值影响较大,发动机达到稳定工作推力所需时间随药柱直径的减小而迅速减小,发射深度的变化对推力达到稳定状态所需时间影响很小。

Ⅱ脉冲端燃药柱的环形点火器方案及试验研究

双脉冲发动机的Ⅱ脉冲端燃丁羟推进剂因多种不利因素叠加,导致点火匹配性设计难度极大,极端情况下端燃药柱甚至熄火。为此,从推进剂点火理论上分析了Ⅱ脉冲端燃药柱点火延迟过长和一致性差的影响因素,并通过结构、材料和点火匹配性设计,提出了一种在Ⅰ脉冲压力作用下和Ⅱ脉冲点火过程中结构均保持完整的环形点火器方案,且根据热流密度理论推导经验公式确定了点火药量。为确定点火器不同工艺措施的实施效果,开展了药柱初始燃面测压对比试验,较优工艺试验数据表明,点火器的极限内压峰值低于2 MPa且结构能够保持完好;点火器的正常内压峰值低于0.7 MPa,且点火能量能够集中、均匀、连续地作用在Ⅱ脉冲推进剂初始燃面上,其压强峰值低于0.4 MPa,持续时间超过150 ms,燃温高于2400 K,可以有效提升Ⅱ脉冲点火匹配性。

利用嵌金属丝药柱调节固体火箭发动机推力的计算研究

提出一种组合应用嵌金属丝药柱和引入负热流的方法实现火箭发动机推力调节的技术方案,即通过在金属丝暴露在燃气部分加入负热流改变沿金属丝燃速来改变发动机工作压力,实现对推力的调节。可行性研究的初步计算结果表明,该方案能够在一定范围内实现对火箭发动机工作特性的调节,推力大小随负热流密度的增加而减小;从加入负热流密度到推力重新稳定有一段滞后时间,滞后时间随负热流密度的增加而上升。方案的优点是控制系统结构简单,控制箱不需工作在高温条件下。

小推力长时间工作固体火箭发动机初步试验研究

为了实现小推力固体火箭发动机的长时间工作,对4种采用复合推进剂端燃药柱的发动机进行设计和试车,工作时间分别达到75、105、145、235 s。试验结果表明,该发动机设计方案合理,采用这种C/C喉衬的复合结构喷管实现长时间工作是完全可行的。其中,75 s发动机的地面比冲为2 217 N.s/kg;145 s发动机的地面比冲为2 236 N.s/kg;235 s发动机的地面比冲为2 147 N.s/kg,性能测试结果基本满足发动机总体指标要求。此外,在试验过程中,还获得了C/C喉衬的烧蚀和绝热层的烧蚀炭化规律,为后续开展长时间工作固体火箭发动机研究提供了重要参考。