固体燃料冲压发动机燃速的人工神经网络辨识

由于固体燃料冲压发动机 (SFRJ)结构的特殊性 ,其燃速的预测比较困难。为探讨燃速对于不同飞行工况的依赖性 ,对模拟试验的结果采用 BP人工神经网络进行了辨识 ,并将辨识结果与用最小二乘法辨识的结果进行比较。从辨识的结果来看 ,这种辨识方法具有精度高、处理实验数据迅速、能进行在线辨识等特点 ,能够较好地满足工程应用的要求。此外 ,在利用人工神经网络对类似的大样本系统进行辨识时 ,如果能采用一些数学上的处理技巧 。

PMMA在固体燃料冲压发动机中燃烧特性的数值模拟

为了解PMMA在固体燃料冲压发动机燃烧室内的燃烧特性,采用RNGkε-模型、涡耗散湍流燃烧模型和一阶迎风格式,对以PMMA为燃料的固体燃料冲压发动机燃烧室进行了数值模拟,得到了燃烧室内的流场结构、温度及组分分布。通过比较数值计算结果与国外试验数据,验证了该数值方法的可靠性。研究表明,随着轴向位置的增大,燃料局部退移速率先增大后减小。增大入口空气温度和质量流率,均使平均退移速率近似指数关系增大,燃烧室温度随之增大。此外,与试验值相比,燃料退移速率计算值稍大,可能是有效气化热取常数及2步不可逆反应引起的结果。

固体燃料冲压发动机在小口径弹药上的应用

总结了固体燃料冲压发动机的发展过程和现状，分析其工作性能和应用于小口径弹药上需解决的关键技术，如突扩燃烧机理、燃料流量及燃速特性、散布控制、燃烧效率、补燃室设计等，以及解决相关问题的可能途径和方法。

固体燃料冲压发动机旋流燃烧特性试验

为研究固体燃料冲压发动机旋流燃烧特性,进行了直流与旋流对比直连式试验。固体装药内径40mm,长180 mm,成分为HTPB中加入65%的金属粉末。试验发动机采用火炬式点火器点火,空气由燃烧补氧式空气加热器加热至690 K,热空气流量300 g/s。试验测量了压力、推力等参数,使用监控录像对发动机尾焰进行拍摄,通过测量试验前后装药质量差获得固体燃料平均燃速。旋流试验未将旋流器伸入燃烧室即实现了火焰稳定,且旋流燃烧比直流燃烧表现出更好的稳定性,平均燃速较直流提高近50%。旋流燃烧尾焰存在明显的径向扩张,表明尾焰仍有切向动量,损失了部分推力。

PMMA在固体燃料冲压发动机中燃烧特性的实验研究

为研究聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)在固体燃料冲压发动机(SFRJ)中的燃烧特性,开展了不同装药通道直径、补燃室压强、来流空气质量流率等工况下的SFRJ直连式实验研究。成功获得了不同工况下压强、温度的变化规律、燃面平均退移速率、局部燃面退移速率。实验结果表明:装药通道直径增大,燃面平均退移速率降低,但补燃室压强和温度随之增大;在低压(<0.8 MPa)条件下,补燃室压强越低,燃面平均退移速率、补燃室温度均随之降低,但影响是有限的。同时,当装药通道直径较小(Dp=30 mm)时,首次发现了SFRJ的侵蚀效应现象。

基于焓平衡法的固体燃料冲压发动机燃速预示模型

修正了固液混合火箭的固体燃料燃面退移速率预示模型中对流换热和汽化热的计算,将其用于固体燃料冲压发动机中,考虑了固体燃料冲压发动机中来流空气总温及装药长度的影响。编写了固体燃料冲压发动机燃面退移速率预示程序。计算结果表明,当来流空气总温大于450 K时,计算误差的平均值不超过6.55%,所完善的模型的计算结果与试验值吻合很好,该模型能准确预示固体燃料冲压发动机中燃面退移速率;燃面退移速率与装药长度的-0.23次方成正比。

固体燃料冲压发动机内流场数值模拟

基于二维轴对称雷诺平均Navier-Stokes方程,数值模拟了带化学反应的固体燃料冲压发动机内流场,数值格式为二阶迎风格式,湍流模型为k-ε模型,燃烧模型为涡耗散模型.分析了燃烧室内的流场结构、压力分布及化学组分分布.在化学计量比条件下,分别研究了空燃比与补燃室长度对发动机性能参数的影响.研究结果表明,随空燃比增大,发动机推力减小,比冲和燃烧效率随之提高;随着补燃室长度的增大,发动机推力、比冲和燃烧效率均提高.

涡流对固体燃料冲压发动机性能影响分析

通过对固体燃料冲压发动机内流动和燃烧过程的数值模拟,研究了涡流对发动机性能的影响。主要讨论了发动机推力和比冲、固体燃料的平均后退速率和燃烧效率对旋流强度的依赖关系,还对推进剂燃速沿轴向的分布进行了考察,并与无旋条件进行了比较分析。结果表明,小强度的涡流能明显提高固体燃料燃速和发动机推力,但强度过大,涡流反而会给发动机性能带来不利影响;涡流增强燃烧作用主要体现在装药后段。

固体燃料冲压发动机燃烧室燃烧特性数值模拟

采用12组分1、7个化学反应的模型和二阶矩湍流燃烧模型,通过计算药柱表面热传导率,得到了燃面退移速率,对固体燃料冲压发动机燃烧室内部的燃烧流动进行了数值模拟,分析了空气流量、空气总温和入口直径对燃烧室温度分布、C4H6分布和燃面退移速率的影响.分析表明,减小空气入口直径、增加空气流量和总温都会使燃面退移速率增加.

质量加入影响固体燃料冲压发动机统一内流场的三维数值计算

利用三维隐式有限体积 TVD格式求解 N- S/Euler方程组数值模拟固体燃料冲压发动机 (SFRJ)突扩燃烧室、补燃室和喷管的统一内流场 ,比较研究了从亚音速到跨音速到超音速的整个工作过程中质量加入对流场内部结构的影响 ,并与试验进行对比研究 。

推进剂组分对固体燃料冲压发动机性能的影响

为研究不同组分推进剂对固体燃料冲压发动机(SFRJ)燃烧性能的影响,以添加了石蜡、炭黑以及炭纤维的聚乙烯(PE)为推进剂,采用连管点火实验装置对SFRJ进行了研究。用扫描电镜观测了燃烧后的燃面形貌。用三维扫描仪和数据重构方法获得了燃速三维分布。根据实验所获数据进一步计算得到不同工况下SFRJ工作性能参数。结果表明:加入5%的炭纤维会阻碍聚乙烯基推进剂燃烧表面的机械剥蚀,影响热解过程,使其无法自持燃烧。通过燃速三维分布发现了开尔文-亥姆霍兹不稳定现象。在聚乙烯基推进剂中添加炭黑和石蜡均能够提高燃速,石蜡影响更明显。石蜡质量分数为30%、50%以及纯石蜡的推进剂比聚乙烯分别提高了37.5%、51.4%和544%。最后拟合得到了聚乙烯基推进剂平均燃速与石蜡质量分数呈指数递增关系。