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.

固体火箭发动机零维内弹道点火模型与计算

点火过程是内弹道的初始阶段,但由于点火过程的复杂性以及点火机理仍然不完善,点火过程始终不能与内弹道有机结合,使得目前工程上的内弹道计算只能忽略点火过程而直接选择点火压强作为计算初始点。以零维内弹道理论为基础,建立了点火过程3个阶段,即点火诱导期、火焰传播期和充气期的简化理论模型,可以与零维内弹道有机结合,从而完成了内弹道从环境压强(而不是点火压强)开始计算的完整过程。通过实例计算与验证,该模型能够很好展示在点火阶段燃烧室压强的建立过程,并可以计算得到点火延迟时间、火焰传播时间、点火药流量等点火参数,具有较高的预示精度,满足工程计算要求。研究表明,建立的点火过程理论模型与传统零维内弹道一样计算简便快捷,并具有较好精度的工程应用化特点。研究结果对于完善固体火箭发动机内弹道理论、提高固体火箭发动机内弹道预示精度,均具有重要的实际应用意义。由于采用了简化的点火过程理论模型,该结果不能直接用于点火性能的研究,只能用于零维内弹道性能的预估与计算。

固体推进剂点火准则研究进展

为了建立通用的固体推进剂点火准则,分别从实验和模拟两个角度总结了近年来国内外固体推进剂的点火准则。实验层面的点火准则包含判定固体推进剂点火的发火/不发火判据、压力判据、温度判据、光谱辐射强度判据、多参数协同点火判据等。对比分析表明,点火准则均受实验条件以及测试设备的限制,且存在温度等关键点火参数测试难度较大、测试参数延迟等缺陷,因此很难进行拓展应用,但多参数协同的点火判据具有更高的准确性和更大的推广可能性。模拟层面则主要是基于固相、气相、异相点火理论建立的温度点火准则、压力点火准则和化学信号点火准则3类。相较于实验点火准则而言,模拟点火准则更符合固体推进剂的点火理论,但需要从实验获得点火温度、动力学数据等关键参数作为模型输入,且不同种类推进剂的点火理论不尽相同,因此该类点火准则仍需进一步研究。此外,对实验、模拟点火准则进行了关联性和通用性讨论。附参考文献49篇。

单自由度自动翻转平台力学特性研究

目的 提出一种单自由度自动液压翻转平台,综合分析其力学特性,验证是否适用于固体火箭发动机振动试验换向过程。方法 根据液压设计理论,推导液压缸伸缩位移与翻转角度的数学关系,通过对翻转架进行静力学分析,确定翻转平台的极限受力位置,并解析受力与翻转角度之间的具体关系。针对极限受力位置的翻转架连同机架联合体,进行静应力分析,验证其稳定性。结果 翻转架处于初始水平位置时,液压缸承受最大压力,翻转角度为90°时,液压缸受拉轴向力出现最大值。翻转架的应力分布不均匀,应力最大值出现在其中部,最大应力值远小于许用应力,其强度满足应用要求。结论 翻转平台的力学性能满足设计和使用要求。另外,极限位置静力学受力分析和运动过程分析的结合评价方法,能够合理判定轴支撑翻转类机械装备的力学性能。

水下应用固体运载火箭发动机设计研究

针对水下应用固体火箭发动机受体积及环境条件限制的问题,从固体火箭发动机壳体、喷管等方面分析了国外水下应用固体火箭发动机的技术现状和发展趋势。从总体设计和需求分析角度出发,给出了为提高水下应用固体火箭发动机性能需要开展的一些关键技术研究和所能借鉴的技术经验。

高过载条件下固体发动机内流场及绝热层冲蚀研究

针对 Φ31 5 mm实验发动机和某发动机工作状态及结构特点 ,进行了发动机燃烧室内三维两相流动数值模拟和内绝热层的炭化冲蚀规律研究。计算中应用了颗粒轨道模型和二阶迎风有限体积方法 ,对纵、横加速度载荷下的两相流动进行了模拟 ,分析了纵、横向载荷对两种发动机燃烧室内粒子场和聚集带的影响 ;应用绝热层炭化冲蚀和两相流粒子热增量模型 ,分析了实验发动机在多种纵、横向过载作用下的绝热层冲蚀规律。在与 Φ31 5 mm实验发动机结果对照后 ,修正了炭化冲蚀计算所需参数 ,进一步预示了发动机的三维两相流场和炭化冲蚀率 ,并在 35 gn 过载下分析了推进剂含铝量对粒子聚集密度和炭化冲蚀的影响。

高能固体推进剂技术回顾与展望

综合了国内外高能固体推进剂及其含能原材料研究历史和现状 ,分析了高能推进剂的最新进展和未来发展趋势 。

固体火箭发动机集成方案设计系统SRMCAD

研制了一种固体火箭发动机集成方案设计系统软件SRMCAD。该系统采用了模块化的结构设计,共有14个模块:即系统执行控制、系统输入、系统输出、数据文件管理、热力计算、总体参数优化、指标分配、燃烧室设计、装药几何设计、内弹道计算、药柱强度校核、喷管设计、点火器设计和质量特性计算。该系统以发动机性能方案设计为主,兼顾初步的结构方案设计,能在视窗操作系统上运行。

基于遗传算法的固体火箭发动机参数优化设计

基于连续型遗传算法,并与工程设计方法及相关结构有限元计算结果紧密结合,建立了固体发动机优化模型。以固体发动机的冲质比为目标函数,对发动机工作压强、喷管扩张比和喉径等参数进行了优化设计。计算结果表明,采用遗传算法十分有效,能够快速获得最优解,提高发动机的整体性能。

三维药柱的热粘弹性有限元分析

采用三维模型,用有限元法分析固体火箭发动机的药柱在硫化降温、内压和轴向过载作用下的热粘弹性准静态响应,为实际结构设计提供参考。

硬质泡沫喷管堵盖试验及研究

介绍了固体火箭发动机喷管硬质泡沫塑料堵盖的设计方法与试验过程。某型号发动机硬质泡沫喷管堵盖打开压强模拟点火试验结果表明,这种硬质泡沫喷管堵盖设计方案可行,并已在实际中得到应用。

冲蚀条件下炭布橡胶绝热层烧蚀实验与计算

开展了冲蚀条件下一种炭布橡胶类绝热材料的烧蚀实验,研究了颗粒浓度和冲蚀速度对该绝热层烧蚀的影响规律。实验结果表明,实验条件下冲蚀速度是影响绝热层烧蚀的最主要因素;冲蚀速度较低时,即使颗粒浓度很高,烧蚀率也不是很大。在实验基础上建立了一种基于炭化烧蚀模型的烧蚀计算模型,即首先根据实验数据建立冲蚀状态与炭层厚度之间的关系,然后采用传统的炭化烧蚀模型进行烧蚀计算,计算结果与实验结果在一定程度上较为吻合。

微型固体脉冲推力器内弹道性能的实验研究

对高速动能导弹飞行姿态控制和弹道修正用的多管微型固体脉冲推力器的内弹道性能进行了试验研究。其中，以单管挂药式结构的试验为主，并以贴壁粘结式结构试验作为对比分析。试验结果表明，所设计的原理样机工作正常，可进行重复试验；单管挂药式结构的各项内弹道性能均满足指标，且数据重复性好。但由于挂药引起的燃烧后期的碎药损失和挂药段装药后期的低压燃烧，使挂药式结构的比冲效率较低。

喷管收敛段与喉部型面对喷管流量的影响

用Fluent计算流体力学软件对固体火箭发动机喷管流场进行了数值计算 ,研究了喷管收敛半角、喷管喉部上游圆弧曲率半径和喉部圆柱段长度对喷管流场的影响。研究结果表明 ,喷管喉部圆柱段长度对流量影响不大 ;喷管流量随喷管收敛半角的增大而减小 ;喷管流量随喷管喉部上游圆弧半径的增大而增大。所提供的结论可供喷管设计人员参考。

固体火箭发动机冲击信号响应谱分析

对固体火箭发动机地面点火试验的点火冲击信号进行了冲击响应谱计算。计算程序采用较为先进的改进递归滤波器法,并介绍了冲击响应谱的计算原理、程序验证和试验数据处理结果验证。

高过载条件下绝热层烧蚀实验方法研究 (Ⅰ)方案论证及数值模拟

分析了高过载对固体火箭发动机流场和绝热层烧蚀的影响规律,提出一种新的研究思路:采用数值模拟方法来预示发动机三维两相流场,建立高过载流场模拟实验装置,开展绝热层烧蚀实验,建立高过载条件下的绝热层烧蚀模型,在此基础上发展高过载发动机绝热层设计和烧蚀预示方法。其中关键技术是高过载流场的模拟,对粒子加入法和弯管分离法两种方案进行了论证,认为弯管分离法原理上是可行的。为了验证这种方案的可行性,开展了弯管通道两相流的数值模拟研究,计算结果表明弯管装置具有使凝相粒子聚集形成高浓度粒子流的功能。

装药燃烧增压过程中脱粘扩展条件实验分析

研究了在高增压燃烧条件下固体推进剂／绝热层界面脱粘进一步扩展的诱导因素，获得了脱粘传播速度与燃烧室点火压强梯度之间的经验关系及临界压强梯度，提出了三种脱粘扩展模式。研究表明，当脱粘槽较窄并且点火增压梯度较大时，脱粘前沿扩展较快。这种由点火冲击和燃烧诱导的壳体结构变形及裂纹扩展现象是固体发动机在点火起动时发生爆炸事故的主要原因之一。

固体发动机低温点火条件下药柱结构完整性分析

分别采用三维弹性和三维线粘弹性模型,对固体发动机药柱在低温和点火升压2种载荷下的结构完整性进行了计算分析。研究了推进剂弹性模量E、泊松比μ、药柱m数等参数对结构完整性的影响。结果表明,在发动机低温点火条件下,药柱内孔表面是最危险部位;固化降温和点火升压2种载荷引起的最大等效应变在此是相互叠加的;药柱m数对固化降温和点火升压载荷下的应变分布有重要影响。

聚集状态对固体火箭发动机颗粒粒度分布的影响

开展了聚集状态下颗粒的收集实验和粒度分析,研究了聚集度和压强对粒度分布的影响规律。聚集状态的颗粒利用收缩管装置产生,采用一种颗粒收集方法对颗粒进行收集,并冻结其形态,对收集到的颗粒采用激光粒度分析仪进行了粒度分析。研究结果表明,聚集状态下颗粒平均粒度比常规条件下大很多,分布范围也较常规条件下宽得多,粒度分布曲线呈双峰或多峰分布,主峰比重很大;颗粒聚集度增大,颗粒粒度平均值增大,大粒度颗粒比重增加;颗粒粒度随燃烧室压强增大而增大。

固体碳氢推进剂ATR二次燃烧特性实验研究

为了探索常温来流条件下补燃室稳定燃烧的工作条件,设计并加工了一套专门用于研究掺混燃烧的试验装置,验证了模拟落压机构的效果,探索了只有简单掺混器状态下碳氢推进剂的二次燃烧特性。实验发现,只有简单掺混装置的情况,在比冲较优空燃比状态下未能实现二次燃烧,因此在发动机参数设计中不仅要考虑比冲性能还要兼顾可燃条件;实验中采用的固体碳氢推进剂在直接掺混方式下稳定燃烧的空然比上限为4.4左右;简单掺混方式燃烧效率不理想,今后需要探索适合碳氢燃料的火焰稳定器和增强掺混燃烧方法。