固体火箭发动机装药结构完整性冷增压试验研究

为研究固体火箭发动机(Solid rocket motor,SRM)点火阶段药柱的结构完整性,建立了气/液组合介质冷试车快速建压试验系统。该系统建压速率达300 MPa/s以上,可有效模拟发动机低温点火冲击过程。采用该系统对两台某发动机进行了多次低温冷增压试验,并完成冷增压试验后的热试车试验,获得了装药结构完整性失效边界,并初步验证了冷增压试验系统对某发动机安全工作无影响。

火箭发动机涡轮泵故障检测及预测算法研究

涡轮泵作为液体火箭发动机的核心部件,恶劣的工作环境和极高的转速使其易发生组件断裂、烧蚀等问题。为了对液体火箭发动机的涡轮泵进行健康管理,提出针对某型液体火箭发动机涡轮泵的数据驱动故障检测、故障预测及健康状态评估方法。在某型液体火箭发动机试车数据集上,通过对涡轮泵轴、径、切向振动数据进行对应的时域、频域特征处理后,送入训练好的ResNet网络、自主设计的图像特征识别算法以及退化模式线性回归模型,分别实现了对该型液体火箭发动机涡轮泵的故障检测、预测及健康状态评估,具有较高的准确性。

液体火箭发动机导管焊缝数字化X射线检测工艺研究

为液体火箭发动机总装导管设计了透照工艺方案,从方案可行性、工艺可靠性等方面进行了论证,并针对适用导管的检测灵敏度、缺陷检出进行了产品检测试验,验证了导管焊缝无损检测系统的可靠性和检测效率能够满足导管智能生产线上的导管检测要求。

液体火箭发动机羽烟紫外辐射特性分析

通过分析火箭发动机羽烟的紫外辐射机理,建立了适用于热发射、CO+O化学发光、OH自由基化学发光的液体火箭发动机羽烟紫外辐射模型,可以考虑热发射、CO+O化学发光、OH自由基化学发光等紫外辐射机理。在分别计算流场和辐射传输的基础上,分别采用二维和三维网格计算流场参数和辐射传输,既节省了计算时间,还可得到羽烟在不同视角的紫外光谱辐射强度分布和二维辐亮度分布。利用火箭发动机羽烟紫外辐射模型,计算了液氢/液氧和航空煤油/液氧两种双组元液体推进剂火箭发动机羽烟的紫外光谱辐射强度分布和二维辐亮度分布,并以液氢/液氧推进剂为例,研究了液体混合比对液体火箭发动机羽烟紫外辐射分布的影响。研究结果可以为紫外导弹预警系统判断导弹所采用的液体火箭发动机类型,以及液体火箭发动机导弹紫外隐身性能的改进提供参考。

某型号液体火箭发动机可靠性分析

基于逐步增加Ⅱ型截尾样本,讨论了某型号液体火箭发动机可靠性指标的Bayes估计及E-Bayes估计。在刻度平方误差损失函数下,给出了火箭发动机寿命分布参数、可靠度函数及失效率函数的Bayes估计及E-Bayes估计。最后运用Monte Carlo方法对各种估计的均方误差进行了模拟比较。结果表明,E-Bayes估计给出的估计精度高。

固液混合火箭发动机燃烧的边界层计算

针对固液混合火箭发动机典型的边界层燃烧理论,用边界层的方法对固液混合火箭发动机燃烧进行了计算,计算采用二维轴对称的层流边界层方程,化学模型采用有限速率模型。计算考虑了不同氧化剂流率,不同吹入参数的多种情况,得到了固体混合发动机边界层的温度场分布,并利用计算结果,拟合了固体燃料的燃速公式,与相关文献的比较说明计算正确,结果符合燃烧机理和流动规律,为进一步研究固液混合火箭发动机的燃烧问题打下了基础。

碳/碳复合材料在推进系统上的应用

本文介绍了碳 /碳复合材料在固体发动机、液体发动机和涡轮喷气发动机等推进系统上的应用。

液体喷射作用下固体推进剂熄火研究

本文分析了液体喷射作用下固体推进剂熄火机理,提出了液体喷射熄火物理模型“对双基、聚氨酯复合推进剂进行了实验研究。结果表明:推进剂的能量特征是可靠熄火用液量的决定因素,用液量随推进剂能量升高而显著增加;当液体喷射压强增大时,熄火用液量和熄火速率分别下降和升高,熄火用液量与燃烧压强的关系随推进剂压强指数而变,即n〉0时,随压强上升而增加,反之则下降;液体性质对用液量有较大影响,选择合适的添加剂改变液体物性可望大幅度减少熄火用液量。

液氧/煤油火箭发动机推力和混合比的非线性调整研究

对液体火箭发动机推力和混合比的大范围非线性调整，提出了分级迭代直接求解高维非线性方程组的计算方法，并对液氧／煤油补燃循环火箭发动机的典型调整方案进行了计算分析，得到了考虑作为冷却剂的燃料温升、主涡轮入口燃气温度、主涡轮泵转速、发动机真空比冲以及燃气发生器喷注器压降和主燃烧室喷注器压降约束下发动机推力和混合比的最大可调域。

固体火箭发动机液体喷射熄火模型

在实验研究的基础上,提出固体火箭发动机液体喷射熄火模型。该模型综合考虑了固体推进剂的瞬态燃烧、射流换热、液滴蒸发和发动机内弹道等耦合作用,成功地实现了对液体喷射熄火过程(临界参数和熄火用液量)的理论预示。理论研究发现液体喷射瞬变燃烧存在着临界喷射压降。当喷射压降大于该临界值时,熄火才能实现。随着推进剂能量的升高,临界喷射压降增加。随着喷射压降的增加,熄火用液量和降压速率分别下降和升高,其变化率逐渐减小。熄火用液量不存在最小值,因而在工程设计中,必须合理选择喷液量和喷射压强这两个设计参数。理论预示与实验结果吻合良好。

液态铝和三氧化二铝物性参数计算方法综述

含铝固体推进剂在燃烧过程中会产生铝液滴和三氧化二铝液滴,准确的铝和三氧化二铝液滴物性参数对发动机内燃烧、流动等多物理过程的精细化数值研究及工作性能的精确预测具有重要影响。为获得精确的物性参数,针对液态铝和三氧化二铝的密度、黏度、表面张力、导热系数及定压比热容等物性参数,综述国内外实验研究现状和不同温度下的计算方法,对比分析各实验和计算方法的精确度和适用性。结合固体发动机高温高压环境,提出了适用于发动机内铝和三氧化二铝液滴的物性参数计算方法。得到的物性参数计算关系式可为发动机内多物理过程的精细化研究提供参考。

液体火箭发动机喷管收扩段的数控加工工艺研究

液体火箭发动机中 ,喷管收扩段是一个关键零件 ,数控加工工艺方法和程序编制方法非常复杂 ,国内外均在该方面有所研究。本文简述了喷管收扩段的数控加工工艺和程序编制方法以及在程序编制过程中建立的数学模型 。

液体火箭发动机电动泵系统发展及性能研究

介绍了液体火箭发动机电动泵增压系统的发展历程以及电动泵系统核心组件的特点,提出了考虑离心泵效率及电源系统放电特性变化的电动泵系统质量模型。电动泵系统中质量占比最大的组件为电机和电源系统,质量敏感性分析表明离心泵效率对系统质量的影响最大。通过对比不同推力、室压和工作时间下的电动泵系统与涡轮泵系统(燃气发生器循环)质量发现,电动泵系统在不同发动机推力下对应室压极限,低于该极限值时电动泵系统存在质量优势,且该室压极限值随着发动机推力增大而提高。最后,针对电动泵系统进一步减重增效,梳理了各组件涉及的主要关键技术,并提出了发展建议。

封闭水域内固体火箭发动机尾流结构数值研究

为了研究固体火箭发动机在封闭水域中工作时尾流场特性参数变化规律,建立三维空间模型,忽略重浮力等体积力及燃气与水之间的换热传质,采用Realizable k-ε湍流模型与VOF (Volume of fluid)多相流模型,针对试验水箱内固体发动机在不同水深条件下的工作过程进行数值模拟,获得尾流流场燃气射流形貌,以及水箱壁面受力与压强振荡规律。研究结果表明:三维空间模型的仿真结果与试验结果较为符合;燃气泡的形貌结构及尾流场特性参数变化在受限空间内分布呈非轴对称性;射流中心气路内部不稳定的激波运动宏观表现为射流界面的不稳定胀鼓和颈缩位置的后移;深水条件下试验水箱壁面靠近喷管出口位置承受压强幅值更大,高背压环境中水箱壁面更易受到局部低频小幅压强冲击。

水下点火固体火箭发动机两相流流场数值分析

利用FLUENT软件,使用湍流模型和VOF(volume of fluid)模型对水下点火固体火箭发动机的气液两相流场进行数值分析,对点火初期喷管中燃气的流动过程和燃气泡的发展过程进行了仿真,数值模拟了固体火箭发动机尾流场燃气密度、压力和温度的分布规律。研究表明:点火初期,喷管内流场将有一个完整激波建立的过程,除此之后的喷管尾流区域,由于气体受到压力扰动的影响,激波结构被破坏,没有形成连续的膨胀—压缩波;射流过程中燃气泡头部一直保持较大直径,中部燃气通道存在随轴向周期性的膨胀-压缩现象;喷管尾流区,各流动参数出现不同程度的振荡现象:喷管出口燃气密度受外界水的压缩及传质传热的影响,出现峰值后逐渐稳定;喷管出口燃气总压由于受水环境的急剧压缩,在喷管出口附近形成一个高压区;喷管出口燃气温度经三次周期变化后,温度逐渐降至1 750K以内。

液体火箭发动机尾焰对发射平台冲击效应

为研究液体火箭发动机尾焰对发射平台的冲击效应特性,建立液体火箭发动机尾焰对发射平台冲击数值计算模型.针对液氧/煤油发动机尾焰对发射平台冲击特性,基于建立模型研究了喷管出口距离平台3,5m工况下推进剂流量和复燃对冲击特性的影响,并分析了影响差异及其产生差异的原因.结果表明:尾焰自由射流区的激波膨胀、压缩距离和壁射流区面积随推进剂流量的增大而增大;考虑复燃化学反应不仅改变了自由射流区和滞止区的形状结构,而且增大了壁射流区的面积和温度;复燃和推进剂流量均是通过影响尾焰结构对冲击特性产生影响,具体影响效果与喷管出口和发射平台间距离有关.

电动泵压式液氧煤油变推力火箭发动机动力学建模与仿真分析: Part Ⅰ-单点工况分析

为了解决电动泵压式液氧煤油变推力火箭发动机系统响应特性不明晰的问题,综合考虑了电池、电机及冷却通道的影响,建立了电动泵压式液氧煤油变推力火箭发动机仿真平台,深入研究了不同工况下系统响应特性以及系统性能参数随推力水平的变化规律。研究结果表明:系统性能参数响应存在短板效应,尽管电动泵响应速度快,而冷却通道参数响应速度慢,导致系统性能参数响应时间是电动泵转速响应时间的10倍以上;此外,低推力工况时,适当降低混合比,能够保证冷却通道出口亚临界情况下的顺利调节。因此,为了提高系统响应特性,在满足冷却压降要求时,应尽可能提高冷却通道内冷却剂流速。