硅基材料烧蚀模型研究

对冲压发动机燃烧室所使用的硅基热防护材料 ,用以往的单纯因二氧化硅液态层被气动吹除减薄的模型进行烧蚀计算 ,计算结果和实际偏差很大。我们根据硅基热防护材料的实际特性 ,在原有的液态层模型的基础上 ,考虑了夹杂碳化层对熔融态硅基的补强作用 ,提出了既有液态层吹除也有化学反应烧蚀的新模型 ,即考虑了热解、熔融和碳化、气动吹除结合化学反应烧蚀的多因素过程。并根据硅基热防护材料的烧蚀特点 ,根据发动机模型的试验结果 ,初步总结出了液态层粘附力的经验公式。从物理概念上分析可以看出该模型基本符合实际情况 ;从多种工况计算结果可看出 ,新模型和经验公式是比较合理的。

一种流量可调燃气发生器压强控制算法的研究

分析了流量可调燃气发生器的工作原理,建立了流量可调燃气发生器的稳态与动态模型,得出了燃气发生器动态时的压强传递函数,并分析了系统时间常数,增益的影响因素,表明燃气发生器动态模型为变参数系统。基于分析结果,设计一种前馈自适应PID控制器,有效地克服了系统参数变化对控制带来的影响,提高了系统的响应速度与控制精度。仿真表明,相对于传统的PID控制算法,前馈自适应PID控制具有良好的动态性与鲁棒性。

乙烯超燃燃烧室支板/凹腔结构组合的数值研究

以超音速燃烧冲压发动机设计为背景,采用有限体积法,以乙烯为燃料对交错尾部支板和开式凹腔的组合方式及位置进行数值研究。通过组合方式的研究发现,横向组合的凹腔内回流区卷吸作用强于纵向组合;凹腔远离交错尾部支板能促进燃烧火焰扩散,燃烧效率更高,总压损失更小。通过对组合位置的研究,总结出组合位置对燃烧室性能的影响规律,发现凹腔与支板横向组合,凹腔距支板尾缘距离为0.15 m时,总压恢复系数达到最大,燃烧效率也较高。该项研究可为超燃燃烧室设计提供参考。

超音速横向流作用下射流的二次破碎模型研究

为了对超声速横向流作用下射流雾化过程进行数值模拟,采用Eulerian-Lagrangian方法描述气液两相流动现象,分别采用4种不同二次破碎模型计算液滴破碎过程。同时考虑气流可压缩性、湍流的脉动效应及液滴变形对液滴运动的影响。计算结果表明,TAB模型得到的滴径最小,其穿透深度也最小,不适用于超音速条件下的破碎过程;SSD模型计算的滴径尺寸较为均一;WAVE模型与K-H/R-T模型的结果相近;而K-H/R-T模型得到的穿透深度与实验更为相符。

突扩燃烧室流场RANS与LES模拟

以中心突扩燃烧室为模拟对象,分别从旋涡运动、空间速度分布和时间速度脉动等方面对RANS模拟结果、LES模拟结果和试验结果进行了比较分析。表明RANS方法没有模拟出燃烧室中的旋涡运动,与试验结果相差甚远;而LES方法则比较好地模拟出了燃烧室中旋涡运动和速度脉动。得出LES方法是对突扩燃烧室内流场数值研究的有效方法。

固体火箭发动机流量调节半实物仿真系统

壅塞式燃气发生器利用燃速对压力敏感的推进剂,通过调节喷管喉部面积来达到调节燃气流量生成率的目的。由于控制对象的时变性,燃气发生器压力闭环控制算法比较复杂,控制实际应用时需要反复调试,但是由于试验条件的限制,无法多次进行点火试验或在点火试验过程中进行调试。为了能够有效的实现控制器的设计、完成对流量可调燃气发生器驱动控制装置的测试、提高点火试验的安全性,提出一套半实物仿真方案,可以实现对流量可调燃气发生器驱动控制装置的冷调试验。在此基础上,对固体火箭发动机流量可调燃气发生器压力闭环控制系统进行了半实物仿真,并针对仿真结果给出了压力闭环控制器设计的方法。

梯度材料平板弯拉耦合力学的精确化支配方程

基于非均匀材料弹性力学理论,采用算子谱分解和算子代数方法,对梯度材料平板结构弯曲与拉伸问题进行了研究.首次给出了指数梯度材料平板弯曲与拉伸的力学方程.研究结果表明:与各向同性平板结构弯曲和拉伸问题不同,在功能梯度平板中描述弯曲应力状态与描述拉伸应力状态的广义位移函数以及剪切函数都是耦合的.没有采用工程假设,推导得到的梯度材料平板结构力学方程是精确化的.通过分析可以认识和理解,分别对应于弯曲状态与拉伸状态的应力场耦合机理以及力学响应的构成等.给出的方程及其分析过程可望能够用于类平板形式热防护材料结构的应力分析与强度设计,推进热防护材料结构的轻型化.

中心突扩燃烧室水流试验与大涡模拟

以两种尺寸的中心突扩燃烧室为研究对象,分别进行了水流试验和大涡数值模拟。结果表明大涡模拟方法可以较好地刻画该型燃烧室内的流动过程;在剪切层中出现明显的旋涡结构,旋涡的产生、发展、脱落、破碎影响着燃烧室的流动状态;燃烧室的突扩比和进气道入口流速对速度脉动的强度和频率有不同程度的影响。

超燃冲压发动机进气道特性及传感器选择研究

针对超燃冲压发动机进气道状态监测系统的需求,通过对超燃冲压发动机进气道进行二维流场数值模拟,得到了超燃冲压发动机进气道在不同马赫数、不同反压下的数值模拟结果,进而通过分析进气道从起动状态到不起动状态下的壁面静压分布特性,给出了进气道起动状态的初步判断准则。在确定了进气道监测参数的基础上,将可拓学理论用于超燃冲压发动机传感器选型中,建立了超燃冲压发动机传感器选型的综合评价方法,并以压力传感器选型算例验证了该方法的可靠性。该研究为超燃冲压发动机参数测量方案制定和状态监测系统设计提供参考。

受热平板振动精确化方程及其耦合响应模式分析

本文于三维热弹性动力学,采用微分算子方法和规范场理论,研究了平板构振动的力热耦合问题.选取适当的规范条件,实现了弹性变形场与温度场的耦,分别推出了受热平板热弹性弯曲振动的精确化方程和温度支配方程,并给出了描述力热耦合程度的无量纲判据.而后,于偏微分方程种类和的构造理论对受热平板构内力热耦合制和力热耦合响应模式等问题做了分析讨论.给出的平板构热弹性振动精确化方程及其分析果,可用于求高温下平板构内应力场和温度场都是动态变化的耦合问题.

梯度材料中任意形孔对反平面剪切波散射与动应力

该文基于弹性动力学理论,采用复变函数与保角映射方法,研究了指数梯度材料中任意形孔洞对弹性波的散射与动应力集中,给出了问题的解析解。并以求解椭圆孔动应力集中系数为例,分析了入射波数和材料非均匀参数等对椭圆孔动应力分布的影响。