A New Simulation Method for 3D Propellant Grain Burn Analysis of Solid Rocket Motor

Describes a new computer program (Regress-3D) to simulate the regression of complex 3D grain cavity and calculate the burning surface area. It has a large region of applicability in solid rocket motor design and has made new improvements compared with other available codes. User can easily and rapidly build his initial grain shapes and then obtain geometric information of his design. Considering with the calclulting results, redesigning can be performed as desire until reaching at the satisfied result. Advantages and disadvantages of this method are also discussed.

Three-dimensional Numerical Simulation of Combustion Field in the Combustion Chamber

In order to study the effect of rotation on the combustion in the underwater vehicle,a two-phase turbulent combustion process is described with Reynolds stress turbulence model,eddy-dissipation turbulent combustion model,P-1 radiation model and particle tracking model of liquid. The flow in the rotating combustion chamber is simulated at two different working speeds,0?r/min and 1?000?r/min by Fluent software. The temperature,gas velocity,static pressure of wall and fuel concentration are computed and compared. The results show that the combustion in rotating combustor is faster and more effective.

固体推进剂断裂与裂纹扩展研究进展

为了研究固体推进剂的断裂性能和裂纹扩展机理,介绍了固体推进剂断裂及裂纹扩展的理论研究和常见数值仿真方法,指出扩展有限元法(XFEM)和内聚力模型(CZM)是模拟固体推进剂断裂最常见的数值仿真方法;总结了固体推进剂断裂特性的影响因素,对固体推进剂界面脱湿机理试验研究进行了综述。其中,相较于裂纹尺寸和加载速率,温度、老化和围压3种因素可以改变固体推进剂的裂纹扩展机理。最后对固体推进剂断裂的研究方向和发展趋势进行了展望,认为考虑热力耦合影响因素的动态断裂研究、燃烧环境下的断裂性能研究、实现动态加载下全过程的实时细观观测和数值仿真方法的更新是未来固体推进剂断裂与裂纹扩展研究的重点。附参考文献73篇。

固体推进剂裂纹对流燃烧流场的数值模拟

对固体推进剂裂纹内的对流燃烧流场进行了数值模拟，计算采用隐式ＴＶＤ格式求解有加质的二维粘性可压流的控制方程，并且考虑了侵蚀燃烧效应，计算获得了对流燃烧条件下裂纹内部压力分布，讨论了裂纹长度、高度对裂纹尖端压力的影响。

整装式含能液体燃烧推进实验研究及数值模拟

设计了小口径整装式液体发射药燃烧推进模拟装置,采用多级渐扩型燃烧室,研究了整装式液体发射药燃烧稳定性控制问题。研究结果表明:四级渐扩型燃烧室p-t曲线的一致性较好,燃烧过程稳定。在实验基础上建立了整装式液体发射药燃烧推进的内弹道简化模型,数值模拟结果与实测结果吻合较好.

燃烧固体药柱内腔表面的典型裂纹及其力学行为

根据燃烧环境中高装填固体推进剂药柱内应力的分布特征，提出了药柱内腔表面的两种典型裂纹， 即横向表面裂纹和纵向表面裂纹， 并分别采用方坯药柱和圆盘药柱表面预制的裂纹进行了模拟。比较燃气作用下两种药柱的有限元分析结果， 明确了挤裂模式对于燃烧环境中固体药柱表面裂纹问题的适用性。这些结论与实验观测现象非常吻合， 对实际发动机工作环境中固体药柱表面裂纹的力学行为预示和故障分析有着重要的指导意义。

含TMETN的钝感推进剂燃烧特性数值模拟

通过分析三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)热分解特性,确定了TMETN的化学结构参数,模拟了含TMETN的钝感低特征信号推进剂的燃速和压强指数数据,阐明了TMETN对此类推进剂燃烧性能的影响规律,论述了某种有机钾盐消焰剂(KD)对此类推进剂燃速的作用效果。数值模拟结果显示,理论计算值与实测值吻合的很好;含TMETN的钝感低特征信号推进剂燃速随TMETN含量增加而降低,其压强指数增加;KD可提高此类推进剂的燃速,并可辅助“铅-铜-炭”复合燃烧催化剂增强此类推进剂的平台作用效果。

定容条件下火药实际燃烧规律的数值模拟

为研究火药的实际燃烧规律,建立了定容条件下火药燃烧的修正数学模型,分析了火药实际弧厚的分布及变化、点火不同步和燃速系数变化等因素对火药实际燃烧规律的影响。在此基础上,用考虑综合因素的修正数学模型对定容条件下火药的实际燃烧过程进行了模拟,计算值与实验结果具有较好的一致性,说明修正模型所建立的假设及处理方案是合理的。

火炮同步点火管的燃烧实验和数值模拟

为增加火炮点火的同步性,对一种爆轰波传火的火炮同步点火管进行了燃烧实验,测量了点火管不同位置的压力-时间曲线。在考虑火药燃烧过程中同步点火特征、气体湍流和新增燃气质量流流入的基础上,建立了点火管内的燃烧计算模型,用CFD软件对点火管的燃烧过程进行了三维数值模拟计算,并将计算得到的压力-时间曲线与实验曲线进行对比分析。结果表明,点火管具有很高的点火同步性,模拟计算的压力-时间曲线与实验结果基本吻合。

固体火箭发动机药柱翼槽内的火焰传播过程

翼槽区内的火焰传播过程对固体火箭发动机整个点火升压过程有潜在的影响。文中采用高速摄影技术测定了点火瞬态模拟实验发动机后翼槽区内的火焰传播过程,研究了不同设计参数对火焰传播过程的影响,发现翼槽内的火焰传播过程首先是燃气充填过程,其次是火焰传播过程。翼槽内的火焰传播速度与升压梯度和翼槽的宽度有关,升压梯度越高、翼槽越宽则火焰传播速度越高。

固体推进剂燃烧断裂边界二维流场特性

在高温、高压的对流燃烧条件下，固体推进剂的断裂扩展是一个十分复杂的非线性非平衡不可逆的热力学耦合过程，裂纹对流燃烧流场与裂纹的变形、扩展之间存在着强耦合作用。以二维粘流Ｎ－Ｓ方程着重模拟了固体推进剂燃烧断裂边界二维流场特性，并和一维结果进行比较，全面展示了燃烧断裂动力学边界的时变特性，为燃烧断裂扩展模式的后续研究提供参考。

自燃推进剂火箭发动机稳态燃烧过程的数值模拟

研究了自燃推进剂火箭发动机的稳态燃烧过程。用一甲基肼作燃料，四氧化二氮为氧化剂，考虑了液滴的雾化机理和高压分解燃烧。将ＰＩＳＯ算法应用于任意曲线坐标下，在计算中采用非交错网格技术抑制了压力振荡。成功地获得了发动机燃烧过程的流场参数。

自燃推进剂火箭发动机燃烧不稳定性研究(英文)

发展了自燃推进剂 (MMH/NTO)火箭发动机燃烧不稳定性的综合分析模型。以蒸发作为燃烧速率控制过程 ,研究了燃烧不稳定性的机理。提出了轴向声腔模型并对其抑制不稳定燃烧的特性进行了数值模拟研究 ,得到了声槽特性频率对燃烧不稳定性的影响规律 ,描绘出声腔影响燃烧不稳定性的具体场景 ,数值模拟结果与理论分析及试车结果是相符的 ,对轴向声槽的分析设计将具有广泛的指导意义。

硝胺(RDX,HMX)发射药燃烧性能的模拟

在火药燃速预估模型的基础上，分析了硝胺炸药热分解机理，提出了硝胺燃烧初期热分解反应的假设，对燃烧表面气相组成进行了分类，推导了硝胺发射药燃速公式和压力指数公式。将硝胺发射药燃速表达为燃烧室压力和发射药组成的函数。对硝胺含量、种类不同的发射药的燃烧性能进行了数值模拟。计算值与实测数据十分吻合。最后讨论了硝胺发射药燃速压力指数全程特征和压力指数调节的可能性。认为燃烧表面附近Ｎ２Ｏ气体氧化性活化和硝胺化学结构中缺少可裂解自由基是硝胺发射药燃速－压力曲线转折和压力指数大于１的原因。

燃烧轻气炮发射药成分对内弹道性能的影响分析

为分析不同发射药成分对燃烧轻气炮内弹道性能的影响,通过计算流体力学方法对燃烧轻气炮燃烧室的三维氢燃烧流场进行数值模拟,湍流模型采用RNGk-ε双方程模型,氢气燃烧采用EDM涡耗散模型模拟.结果表明,在发射药中加入适当含量的稀释气体能够有效地控制发射药的燃烧,减小燃烧室内压力振荡,降低燃烧室平均温度;采用氢气发射药比甲烷气体具有更好的内弹道性能;发射药成分对燃烧轻气炮内弹道性能有显著影响.

星孔装药燃面退移图形显示研究

应用计算机图形学在ＩＢＭ－ＰＣ机上开发了星孔装药燃面退移仿真的图形显示系统。该系统的功能包括：参数曲线的图形显示，装药横截面的二维及装药燃面的三维静态显示，模拟燃面退移的二维动态显示。详细讨论了用直线和圆弧构成装药横截面的二维图形的显示方法及相应的参数和控制点的计算，燃面上三维型值点的计算及图形显示方法，利用三次均匀Ｂ样条和双三次均匀Ｂ样条构造曲线和曲面的方法。

火药燃烧生成等离子体规律数值仿真研究

为了研究火药燃烧生成等离子体规律,分析了火药燃烧时的物理化学过程,建立了火药燃烧时生成等离子密度规律数学模型,并对火药燃烧时等离子体生成规律进行数值模拟仿真。将数值模拟的结果与试验结果进行对比,确定模型的正确性与可行性。利用所建立的数学模型,分析不同的装药结构参数对等离子体的影响,得到了等离子体密度变化的规律,为下一步提高等离子体生成浓度奠定基础。

补燃循环发动机推力调节过程建模与仿真研究

以补燃循环液氧煤油发动机为研究对象,对其推力调节特性进行了研究。建立了描述补燃循环发动机瞬变过程的数学模型,提出了求解供应系统管路内液体瞬变流控制方程的Chebyshev伪谱方法,应用该模型对补燃循环液氧煤油发动机的推力调节特性进行了仿真计算,并将计算结果与试验数据进行了对比分析,验证了模型和算法的合理性。研究结果表明:对于所研究的补燃循环发动机系统而言,通过调节发生器中较少组元的流量,改变涡轮泵的功率,可很好地实现调节推力的目的,且该推力调节系统具有良好的动态调节品质和很强的抗干扰性。

管状发射药内弹道模型及计算

该文根据未开槽管状发射药的装药结构特点,将火药床分为管内部区域、管外气相区域与固体发射药三个区域.每个区域建立相应的基本方程组以及初边条件,药条破裂采用临界破裂压力差准则.数值计算结果表明,管状发射药在射击过程中运动位移较小,并且在点传火阶段透气性好,压力振荡幅值小.文中还给出了药条破裂前管内外流场的详细分析.

涡轮增压固体冲压发动机补燃室燃烧数值模拟研究

提出了涡轮增压固体冲压发动机补燃室三股气流燃烧数值模拟的方法。分别采用Standard k-ε、k-εRNG、k-ωSST湍流模型,结合三维N-S方程、颗粒轨道模型、King硼粒子点火模型、硼粒子燃烧模型建立TSPR发动机补燃室三维两相流动燃烧模型。首先,利用本文模型进行冷流掺混分析,确定了试验发动机构型并进行燃烧试验,三股气流形成了稳定燃烧;然后,将数值计算得到的补燃室压强、特征速度、燃烧效率与实验结果进行对比分析,并进行了计算模型可信性分析;文中综合湍流模型对TSPR补燃室燃烧情况模拟的影响,得出硼颗粒模型是进一步提高含硼三股气流模拟精度的主要原因。说明本文采用的模型以及与之相匹配使用的方法适用于TSPR发动机补燃室燃烧情况的分析。采用本文补燃室结构进行试验,有无硼成分的试验燃烧效率分别达到82.1%和88.8%,数值模拟结果显示,还应进一步改进补燃室结构,以降低总压损失,促进补燃室壁面附近的空气参与燃烧,并提高硼粒子燃烧效率。