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氢氧火炬点火器低压燃烧流动仿真研究

航空动力学报 2021年第11期36卷 2344-2352页

作者：王艳方杰杨进慧蔡国飙北京航空航天大学宇航学院北京100191 中国航天科技集团有限公司北京航天动力研究所北京100076

为研究低压条件下氢氧喷注间距及液滴粒径对氢氧火炬式电点火器燃烧流动的影响规律,结合DPM离散相模型,采用6组分16步氢氧反应机理,选取考虑湍流燃烧效应的涡耗散概念燃烧模型进行仿真计算,并将结果与试验结果进行比对,温度结果符合得较... 详细信息

为研究低压条件下氢氧喷注间距及液滴粒径对氢氧火炬式电点火器燃烧流动的影响规律,结合DPM离散相模型,采用6组分16步氢氧反应机理,选取考虑湍流燃烧效应的涡耗散概念燃烧模型进行仿真计算,并将结果与试验结果进行比对,温度结果符合得较好,压强计算偏差在5%以内,验证了仿真模型的准确性。仿真结果表明:低压条件下,氢氧喷注间距增加时,点火器头部内壁温度升高,室压降低,燃烧长度缩短;液氢液滴直径增大时,点火器头部内壁温度升高,室压降低,燃烧长度变长;改变液氧液滴直径对点火器燃烧流动影响较小。

关键词：火炬点火器燃烧流动热防护氢氧喷注间距液滴粒径

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金属光谱发射率的仿真与分析

航空学报 2010年第11期31卷 2139-2145页

作者：柯维娜朱定强蔡国飙北京航空航天大学宇航学院北京100191

在研究物体的辐射特性时,需要用到物体表面的发射率等物性参数作为输入参数。实验测量发射率数据的适用范围受到一定限制,不能满足所有情况的数值仿真需要。从电磁波传播的基础理论着手,结合金属自由电子气模型,考虑光学参数的色散关系... 详细信息

在研究物体的辐射特性时,需要用到物体表面的发射率等物性参数作为输入参数。实验测量发射率数据的适用范围受到一定限制,不能满足所有情况的数值仿真需要。从电磁波传播的基础理论着手,结合金属自由电子气模型,考虑光学参数的色散关系和空气入射到金属内折射角的复数关系,并在随机模拟金属粗糙表面的基础上,模拟并讨论了不同影响因素下实际金属表面的光谱发射率变化趋势。将本文的数值仿真与其他相关的实验和仿真数据进行对比,结果表明,该方法从本质理解并计算金属实际表面光谱发射率数值,结果可信,并具有普遍适应性。

关键词：金属材料发射率光学参数粗糙表面数值模拟

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可重复使用火箭发动机再生冷却槽失效分析

北京航空航天大学学报 2013年第9期39卷 1187-1191页

作者：杨进慧陈涛金平蔡国飙北京航空航天大学宇航学院北京100191

完成了可重复使用液体火箭发动机推力室再生冷却槽热力循环载荷下的蠕变非弹性热结构分析,对比研究了各向同性硬化和随动硬化定律对冷却槽结构分析的影响,并在多循环结构场基础上分析了冷却槽"狗窝"失效过程.结果表明可以通过选取热传... 详细信息

完成了可重复使用液体火箭发动机推力室再生冷却槽热力循环载荷下的蠕变非弹性热结构分析,对比研究了各向同性硬化和随动硬化定律对冷却槽结构分析的影响,并在多循环结构场基础上分析了冷却槽"狗窝"失效过程.结果表明可以通过选取热传导率差别小的内外壁材料、优化几何结构改善温度场及结构场;各向同性和随动硬化结构曲线变化趋势相似,但塑性应变有较大差别,残余应变相差约0.06%;多循环加载中每个循环的结构曲线形状相似并不断右移,硬化效应明显,低周疲劳损伤和蠕变损伤分别取决于循环载荷下的应变和应力值.

关键词：可重复使用热结构分析循环加载蠕变硬化

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单喷嘴气-气喷注器推力室燃烧流场相似性

航空学报 2010年第8期31卷 1538-1545页

作者：汪小卫高玉闪金平蔡国飙北京航空航天大学宇航学院北京100191

设计了单喷嘴容热式气-气喷注器推力室,喷注器采用同轴剪切式,氢气/氧气作为推进剂。在同一燃烧室采用了0.92～6.10 MPa范围内7个室压工况,并在同一室压下采用不同燃烧室尺寸工况进行了试验研究,在变化室压和推力室尺寸时,推进剂种类、... 详细信息

设计了单喷嘴容热式气-气喷注器推力室,喷注器采用同轴剪切式,氢气/氧气作为推进剂。在同一燃烧室采用了0.92～6.10 MPa范围内7个室压工况,并在同一室压下采用不同燃烧室尺寸工况进行了试验研究,在变化室压和推力室尺寸时,推进剂种类、温度、混合比和喷注速度保持不变,燃烧室尺寸变化时保持几何相似,采用燃烧室壁面测温方法对比了不同工况下内流场的相似性。研究结果表明:不同室压和不同推力室尺寸工况下的推力室内流场具有相似性。

关键词：相似燃烧全流量补燃循环气-气喷注器单喷嘴

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大型容器单轴双销铰链式大门机构设计与分析

北京航空航天大学学报 2011年第4期37卷 399-404页

作者：王文龙凌桂龙蔡国飙北京航空航天大学宇航学院北京100191

大型卧式容器的铰链式大门机构在装配和长期使用过程中由于下沉变形会导致大门关不严,影响密封性能.针对某在建的大型真空羽流试验舱直径Φ5.5 m的大门机构,首次提出了一种新颖的单轴双销铰链式大门机构方案,并对该机构的转动机构、限... 详细信息

大型卧式容器的铰链式大门机构在装配和长期使用过程中由于下沉变形会导致大门关不严,影响密封性能.针对某在建的大型真空羽流试验舱直径Φ5.5 m的大门机构,首次提出了一种新颖的单轴双销铰链式大门机构方案,并对该机构的转动机构、限转装置和大门法兰底部的弹性支撑装置进行了全新的设计和分析,并通过有限元分析对该大门机构的强度进行了校核.有限元分析结果表明,大门合位移变形主要由大门重力引起的y方向位移贡献;在大门法兰底部施加弹性支撑时,铰链机构与大门法兰连接处的两个应力集中范围缩小、量值降低,并能保证大门合位移小于10mm.该大门机构的强度和刚度满足设计要求,对同尺寸的大门设计有重要借鉴意义.

关键词：铰链大门设计可靠性分析有限元

富氢/富氧燃气同轴直流喷嘴燃烧过程数值模拟

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北京航空航天大学学报 2010年第4期36卷 469-473页

作者：李茂杜正刚金平蔡国飙北京航空航天大学宇航学院北京100191

为研究全流量补燃FFSC(Full Flow Staged Combustion)循环发动机气-气喷注器性能,以气氢/气氧(GH2/GO2)预燃室提供的758K富氢燃气和676K富氧燃气为推进剂对同轴直流喷嘴燃烧流场进行了数值模拟.考察了相同燃烧室结构、流量、入口燃气温... 详细信息

为研究全流量补燃FFSC(Full Flow Staged Combustion)循环发动机气-气喷注器性能,以气氢/气氧(GH2/GO2)预燃室提供的758K富氢燃气和676K富氧燃气为推进剂对同轴直流喷嘴燃烧流场进行了数值模拟.考察了相同燃烧室结构、流量、入口燃气温度条件下,富氧燃气压降、富氢燃气和富氧燃气的速度比、氧喷嘴厚度和氧喷嘴缩进变化对燃烧性能的影响,获得了4个参数的影响规律.数值模拟结果对燃气气-气喷注器结构设计有参考价值.

关键词：燃气同轴直流喷嘴数值模拟

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固体火箭发动机燃烧室三维流场数值模拟

推进技术 1995年第5期16卷 59-64页

作者：蔡国飙王慧玉北京航空航天大学宇航学院

利用ＳＩＭＰＬＥ方法数值求解层流Ｎ－Ｓ方程，模拟了具有移动边界的固体火箭发动机燃烧室内的三维流场。网格划分采用交错网格技术，流场计算时不进行网格划分，而是直接读取网格点的值，将网格划分与流场计算分开，解决了现有计算机... 详细信息

利用ＳＩＭＰＬＥ方法数值求解层流Ｎ－Ｓ方程，模拟了具有移动边界的固体火箭发动机燃烧室内的三维流场。网格划分采用交错网格技术，流场计算时不进行网格划分，而是直接读取网格点的值，将网格划分与流场计算分开，解决了现有计算机内存不够的问题。计算获得了满意结果。

关键词：固体推进剂火箭发动机燃烧室三维流场

装药限燃包覆层脱粘和裂缝燃烧故障效应的试验研究

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推进技术 1998年第6期19卷 27-31页

作者：吕振中蔡国飙王英伟北京航空航天大学宇航学院北京控制工程研究所

用模拟试验研究各种脱粘和裂缝燃烧对发动机造成的故障效应，为故障诊断和失效分析提供依据。自由装填限燃包覆层装药的脱粘燃烧，造成燃面增大和由于压力升高造成的燃速指数增大效应；具有贴壁的限燃包覆层的装药脱粘燃烧，还会产生极... 详细信息

用模拟试验研究各种脱粘和裂缝燃烧对发动机造成的故障效应，为故障诊断和失效分析提供依据。自由装填限燃包覆层装药的脱粘燃烧，造成燃面增大和由于压力升高造成的燃速指数增大效应；具有贴壁的限燃包覆层的装药脱粘燃烧，还会产生极其强烈的侵蚀燃烧效应。浅裂缝燃烧只是造成燃面增大的效应；而深裂缝装药燃烧，还会产生极其强烈的侵蚀燃烧效应。无论是贴壁的限燃包覆层的装药脱粘燃烧或是深裂缝装药燃烧，均会在发动机点燃的初期，产生十分强烈的压力峰，如果燃烧室的安全裕度不是特别大，则会在发动机点燃后的短暂时间内发生爆炸。

关键词：固体火箭发动机推进剂包覆层燃烧故障裂纹

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燃气发生器身部多学科设计优化

北京航空航天大学学报 2006年第10期32卷 1250-1254页

作者：童晓艳蔡国飙尘军王珏北京航空航天大学宇航学院北京100083 北京航天动力机械研究所北京100076

为了探索液体火箭发动机多学科设计优化的一般方法,以液体火箭发动机燃气发生器身部为研究对象,在对其进行面向设计的多学科分析的基础上,建立了燃气发生器身部的多学科优化模型,涉及流动、传热、结构强度3个相互耦合的学科.引入了一种... 详细信息

为了探索液体火箭发动机多学科设计优化的一般方法,以液体火箭发动机燃气发生器身部为研究对象,在对其进行面向设计的多学科分析的基础上,建立了燃气发生器身部的多学科优化模型,涉及流动、传热、结构强度3个相互耦合的学科.引入了一种新的多目标方法———物理规划方法处理其中的多目标优化问题,通过类别函数将设计者的偏好转化为优化目标,避免了对各个不同大小和量纲的分目标之间重要性的比较和权衡.优化结果显示,利用多学科设计优化减轻了燃气发生器的质量,改善了原有设计,能够提高发动机的设计水平.

关键词：优化燃气发生器规划理论多学科设计优化物理规划