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黑火药在真空环境下点火性能试验研究

推进技术 2022年第8期43卷 385-392页

作者：毕一凡邓寒玉廖文和陈诚文俊杰南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 北京理工大学宇航学院北京100081

黑火药作为固体火箭发动机中常用的点火药,是决定其工作性能的关键因素。为了研究黑火药在真空环境下的点火性能,通过真空点火试验,测试了不同点火结构、不同黑火药质量下的点火压力曲线和羽流现象,并与常压点火试验结果对比,分析了不... 详细信息

黑火药作为固体火箭发动机中常用的点火药,是决定其工作性能的关键因素。为了研究黑火药在真空环境下的点火性能,通过真空点火试验,测试了不同点火结构、不同黑火药质量下的点火压力曲线和羽流现象,并与常压点火试验结果对比,分析了不同工况下黑火药点火性能的优劣。结果表明:真空环境下增加黑火药质量可以提高点火压强峰值,与常压条件相比提升幅度较小;与常压试验对比,真空下前端点火和尾部点火产生的压强峰值都会下降2MPa左右;不同黑火药质量的常压或真空点火试验中,前端点火试验样机到达压强峰值的时间都近似为5ms,而尾部点火试验样机到达峰值的时间不同;在真空点火试验中,羽流扩张角会在一段时间内变大或变小,即出现明显的黑火药不稳定燃烧现象,试验结束后有较多未燃烧完全的黑火药残留在发动机周围,而在常压点火试验中,这些未燃烧完全的黑火药颗粒会在空气中二次燃烧,黑火药残留较少。

关键词：固体火箭发动机黑火药点火性能真空试验羽流

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微纳卫星混合推进技术研究综述

宇航学报 2022年第3期43卷 282-292页

作者：张致远邓寒玉廖文和张翔赵玲毕一凡南京理工大学机械工程学院南京210094

首先介绍了微纳卫星混合推进系统的特点与优势,总结了星载混合推进技术的发展现状,并结合微纳卫星动力系统要求,指出了星载混合推进技术的发展趋势及存在的问题。然后在此基础上,从卫星工程应用的角度,重点综述了星载混合推进系统需攻... 详细信息

首先介绍了微纳卫星混合推进系统的特点与优势,总结了星载混合推进技术的发展现状,并结合微纳卫星动力系统要求,指出了星载混合推进技术的发展趋势及存在的问题。然后在此基础上,从卫星工程应用的角度,重点综述了星载混合推进系统需攻克的主要关键技术,包括先进一体化制造、可靠低功耗多次点火启动、比冲提升、高效燃烧等,并分析了相应关键技术的解决途径和技术方向。最后,针对中国微纳卫星混合推进技术的发展提出了建议。

关键词：微纳卫星混合推进一体化制造多次点火高比冲高效燃烧

射流自由长度对凝胶推进剂撞击雾化影响的实验

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航空动力学报 2018年第1期33卷 215-222页

作者：邓寒玉封锋南京理工大学机械工程学院南京210094

为研究射流自由长度对凝胶推进剂撞击雾化的影响,建立了撞击雾化实验台,制备了煤油凝胶和水基模拟液,测试了雾化装置的喷射系数及模拟液的黏性和稳定性。分析了3种射流速度不同射流自由长度条件下的凝胶撞击雾化特性,观测了射流和撞击... 详细信息

为研究射流自由长度对凝胶推进剂撞击雾化的影响,建立了撞击雾化实验台,制备了煤油凝胶和水基模拟液,测试了雾化装置的喷射系数及模拟液的黏性和稳定性。分析了3种射流速度不同射流自由长度条件下的凝胶撞击雾化特性,观测了射流和撞击喷雾图像。测量了液膜破碎长度、雾化液滴粒径分布和相应的SMD(索太尔平均直径)值。研究结果表明:低速时,随着射流自由长度增大,撞击液膜的喷雾形态会发生较大变化,而高速条件下,雾化形态则基本一致。3种射流速度下,破碎长度在4.5~9mm之间,并随射流自由长度逐渐减小。液滴分布服从Rosin-Rammler规律,并具有较高的拟合精度。均匀度指数均在3~4之间,并随射流自由长度逐渐降低,粒径均匀度降低;较高射流速度下,SMD随自由长度逐渐增大。低射流速度时,SMD随射流长度先减小后增大,射流自由长度存在一个最优值,在设定研究条件下其值为25/3。因此,在设计撞击喷嘴时,根据射流速度选取适当的自由长度值可以获得更好的雾化效果。

关键词：凝胶推进剂撞击雾化射流自由长度液膜液滴粒径

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基于无网格算法的化学非平衡流数值模拟

推进技术 2014年第2期35卷 244-250页

作者：卓长飞武晓松封锋邓寒玉南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为了验证AUSMPW+格式在无网格算法的精度等以及无网格算法能否用于复杂化学非平衡流数值模拟中,首先将AUSMPW+格式推广到无网格算法中,给出了AUSMPW+在无网格算法中的具体形式。其次,将无网格算法应用于带化学反应的多组分气体Euler方... 详细信息

为了验证AUSMPW+格式在无网格算法的精度等以及无网格算法能否用于复杂化学非平衡流数值模拟中,首先将AUSMPW+格式推广到无网格算法中,给出了AUSMPW+在无网格算法中的具体形式。其次,将无网格算法应用于带化学反应的多组分气体Euler方程的求解,给出无网格条件下求解化学非平衡流的具体过程。最后,对NACA0012跨声速绕流场、高超声速弹丸绕流场、氢气/氧气诱导燃烧流场、球锥高超声速绕流场、楔体斜爆轰流场进行了数值模拟。数值模拟结果与相关文献计算结果和实验结果吻合较好,表明了AUSMPW+格式在无网格算法中表现较高精度。同时,采用无网格算法能较好地模拟复杂化学非平衡流场,正确分辨复杂的物理现象,为化学非平衡流数值模拟提供一种新的算法,拓宽了无网格算法的应用范围。

关键词：无网格算法点云化学非平衡流 Euler方程 AUSMPW+格式

横向气流中航空煤油凝胶液滴二次雾化特性实验研究

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推进技术 2017年第12期38卷 2658-2666页

作者：邓寒玉封锋孔上峰南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为研究航空煤油凝胶液滴在横向气流中的二次雾化特性,建立了二次雾化实验台,制备了3种胶凝剂含量下的航空煤油凝胶,在不同实验条件下(82 详细信息

为研究航空煤油凝胶液滴在横向气流中的二次雾化特性,建立了二次雾化实验台,制备了3种胶凝剂含量下的航空煤油凝胶,在不同实验条件下(82

关键词：凝胶液滴二次雾化破碎模态液滴变形破碎时间 R-T不稳定波

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气流中煤油凝胶液滴变形破碎过程的试验

推进技术 2017年第12期38卷 2857-2864页

作者：孔上峰封锋邓寒玉南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为了研究煤油凝胶液滴的二次雾化特性,以煤油凝胶和煤油为工质,利用高速摄像系统对均匀气体射流中的液滴变形破碎过程进行了记录测量,获得了不同We下液滴变形破碎的模态特征及转变We,研究了Oh对总破碎时间的影响和We对最大直径变形率的... 详细信息

为了研究煤油凝胶液滴的二次雾化特性,以煤油凝胶和煤油为工质,利用高速摄像系统对均匀气体射流中的液滴变形破碎过程进行了记录测量,获得了不同We下液滴变形破碎的模态特征及转变We,研究了Oh对总破碎时间的影响和We对最大直径变形率的影响。结果表明:在试验工况范围内,煤油凝胶和煤油液滴都依次出现振荡、袋形、多模态破碎模态,但模态特征和转换We不尽相同。煤油液滴总破碎时间随Oh的增加而增加,而煤油凝胶液滴总破碎时间随Oh的增加先增加后减小再增加。煤油液滴最大直径变形率随We的增加先增加后不变,而煤油凝胶液滴最大直径变形率随We的增加先增加后减小。基于试验数据,分别获得了煤油凝胶和煤油液滴的总破碎时间关于Oh,最大直径变形率关于We的拟合关系式。

关键词：煤油凝胶液滴破碎雾化高速摄像仪

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煤油凝胶液滴破碎时空特性实验研究

含能材料 2017年第4期25卷 342-347页

作者：曹钦柳封锋邓寒玉南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为了探究煤油凝胶液滴破碎的时间和空间分布特性,采用高速摄像机拍摄破碎过程,获得在不同气流速度下煤油凝胶液滴的破碎特征、流动参数对破碎时间和破碎区域的影响。结果表明:随着韦伯数(We)增大,煤油凝胶液滴依次发生与煤油(牛顿流体)... 详细信息

为了探究煤油凝胶液滴破碎的时间和空间分布特性,采用高速摄像机拍摄破碎过程,获得在不同气流速度下煤油凝胶液滴的破碎特征、流动参数对破碎时间和破碎区域的影响。结果表明:随着韦伯数(We)增大,煤油凝胶液滴依次发生与煤油(牛顿流体)液滴相同的破碎模态,且模态转换We随着胶凝剂含量的增加而提高。三种煤油凝胶的总破碎时间和初始破碎时间的比值(Ttot/Tini)均随奥内佐格数(Oh)的升高而降低,且均趋近于牛顿流体的该值(3.125)。在破碎结束时,横向破碎区域随着We数的升高而扩大,且胶凝剂含量越低范围越大;纵向破碎区域随着We数升高会扩大到一个极值,胶凝剂含量为1%和2%的煤油凝胶,破碎区域和初始液滴直径的比值趋于20,胶凝剂含量为3%时,该值趋近17。

关键词：煤油凝胶二次雾化破碎模态破碎时间破碎区域

固体火箭发动机点火药颗粒点火过程流固耦合特性研究

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推进技术 2022年第4期43卷 234-242页

作者：丁鸿铭卓长飞孙波邓寒玉南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为了研究点火药颗粒点火瞬态过程中流动与燃烧特性及点火喷流冲击对自由装填药柱结构的影响,以N-S方程、k-ε湍流模型为基础,采用颗粒轨道模型建立点火药颗粒点火模型,结合流固耦合方法分析点火喷流冲击对自由装填药柱结构的影响。通过... 详细信息

为了研究点火药颗粒点火瞬态过程中流动与燃烧特性及点火喷流冲击对自由装填药柱结构的影响,以N-S方程、k-ε湍流模型为基础,采用颗粒轨道模型建立点火药颗粒点火模型,结合流固耦合方法分析点火喷流冲击对自由装填药柱结构的影响。通过与相关试验结果对比证明计算模型可靠,然后对固体火箭发动机点火药颗粒点火过程进行仿真计算,计算结果表明:点火药颗粒主要分布在药柱内通道且点火药颗粒之间存在点火时间差,并出现持续高压现象,导致内外通道压强差高达1.4MPa;由于点火燃气的传播特性,将整个点火过程分为点火激波正向传播阶段和反射阶段,其中在正向传播阶段,点火冲击对药柱结构具有显著影响,最大位移高达8.0mm。

关键词：固体火箭发动机点火药颗粒点火激波流固耦合数值仿真

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高韦伯数下煤油液滴的破碎机理研究

实验流体力学 2017年第1期31卷 20-25页

作者：孔上峰封锋邓寒玉南京理工大学机械工程学院南京210094

为了探究高韦伯数下气流速度及液滴初始直径对液滴破碎以及Rayleigh-Taylor不稳定波的影响,进行了煤油单液滴在气流中破碎的实验,采用高速摄影技术记录了液滴的破碎过程,应用包含粘性和表面张力的Rayleigh-Taylor不稳定性理论分析了液... 详细信息

为了探究高韦伯数下气流速度及液滴初始直径对液滴破碎以及Rayleigh-Taylor不稳定波的影响,进行了煤油单液滴在气流中破碎的实验,采用高速摄影技术记录了液滴的破碎过程,应用包含粘性和表面张力的Rayleigh-Taylor不稳定性理论分析了液滴的破碎过程,对Rayleigh-Taylor不稳定波波长与液滴破碎时间进行了理论计算,并与实验结果做了对比研究。结果表明:当We为321左右时,煤油液滴开始呈现灾型破碎模式;气流速度、液滴初始直径对液滴表面的最大增长率Rayleigh-Taylor不稳定波的波长、增长率和临界波长均有影响;RayleighTaylor不稳定性理论在预测最不稳定波长时,结论与实验结果的误差不超过6%;取经验参数M为8.9时,液滴破碎时间理论与实验误差最小。

关键词：煤油液滴二次雾化高韦伯数 Rayleigh-Taylor不稳定性破碎时间