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分离和耦合求解对轴对称喷管尾焰流场计算的影响

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航空兵器 2018年第5期25卷 68-72页

作者：王杏涛祁鸣张二磊中国空空导弹研究院河南洛阳471009

基于某型发动机轴对称喷管的简化模型,分别采用分离求解和耦合求解进行喷管尾焰数值仿真,分析了两种算法对喷管尾焰流场分布的影响。研究表明:在喷管尾焰核心区,耦合求解比分离求解所出现的环形马赫盘分布周期数量更多,与之对应喷管轴... 详细信息

基于某型发动机轴对称喷管的简化模型,分别采用分离求解和耦合求解进行喷管尾焰数值仿真,分析了两种算法对喷管尾焰流场分布的影响。研究表明:在喷管尾焰核心区,耦合求解比分离求解所出现的环形马赫盘分布周期数量更多,与之对应喷管轴向中心线上压力、温度、速度和马赫数曲线震荡更加明显,震荡距离更长;两种求解方式的流场压力分布大小基本一致;分离求解比耦合求解的温度场分布更高,且在尾焰核心区尾部出现峰值;耦合求解比分离求解的尾焰核心区速度和马赫数分布更高;耦合求解更加适合超音速喷管流场的计算。

关键词：轴对称喷管数值仿真分离求解耦合求解尾焰流场马赫盘

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缩比火箭发动机尾焰等离子特性研究

导弹与航天运载技术（中英文） 2023年第5期 47-52页

作者：李心阳王大锐任牧原王业军连欢高温气体动力学国家重点实验室中国科学院力学研究所北京100190 中国科学院大学北京100190 北京宇航系统工程研究所北京100076

为研究缩比火箭发动机尾焰等离子体特性,分析尾焰弱电离气体流场结构与电磁特性的相关性,基于被动自发光谱与朗缪尔探针开展试验研究,重点给出缩比火箭发动机紫外到近红外波段自发光谱,尾焰离子、电子密度和电导率的时域、频域以及空间... 详细信息

为研究缩比火箭发动机尾焰等离子体特性,分析尾焰弱电离气体流场结构与电磁特性的相关性,基于被动自发光谱与朗缪尔探针开展试验研究,重点给出缩比火箭发动机紫外到近红外波段自发光谱,尾焰离子、电子密度和电导率的时域、频域以及空间概率分布特性。被动自发光谱试验结果表明火箭发动机尾焰流场自发辐射光谱存在588nm、619nm、669nm、765nm的光谱特征峰,分别对应Na、Fe、Al、C元素。其中碱金属Na、Fe、Al元素对电导率有突出贡献,Na元素主要来自于大气中的含盐组分,Fe和Al碱金属元素可能来源于推进剂燃烧或者合金结构材料;朗缪尔双探针和三探针试验结果表明,朗缪尔双探针测量电导率与计算电导率数量级相同,约为10-4~10-3S/m,朗缪尔三探针测量电导率低于计算电导率数量级,约为10^(-5)~10^(-4)S/m;沿发动机轴向,两种探针的电导率均呈指数规律衰减且离子密度概率密度空间分布存在显著差异;探针电流频谱存在50Hz低频主峰和2000Hz、20000Hz高频主峰。

关键词：尾焰等离子体特性尾焰流场朗缪尔探针电导率频域分析

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固体火箭发动机尾焰非球形颗粒辐射效应研究

固体火箭发动机尾焰非球形颗粒辐射效应研究

作者：李可哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

目前,空中目标检测技术快速发展,研究火箭的隐身技术是大势所趋。尾焰产生的红外辐射是目标探测主要的辐射来源,而尾焰中的主要辐射源是AlO粒子辐射,研究AlO粒子的辐射特性是精准计算固体火箭发动机尾焰辐射中至关重要的一步。目前大部... 详细信息

目前,空中目标检测技术快速发展,研究火箭的隐身技术是大势所趋。尾焰产生的红外辐射是目标探测主要的辐射来源,而尾焰中的主要辐射源是AlO粒子辐射,研究AlO粒子的辐射特性是精准计算固体火箭发动机尾焰辐射中至关重要的一步。目前大部分数值研究工作是将尾焰中凝相颗粒全都视作球形来计算,最终计算得到的辐射信号会产生偏差。因此,探究非球形凝相颗粒对固体火箭发动机辐射信号的影响对喷焰辐射模型完善、特性规律认识,提高目标探测的精确度具有重要意义。本文针对固体火箭发动机尾焰中凝相颗粒(主要为AlO粒子)非球形状态对尾焰辐射产生影响的问题,应用Mie理论、T矩阵法、广义多球Mie理论(GMM)和蒙特卡洛法,量化分析不同工况下球形、非球形处理方法带来光谱辐射特性差异。本文进行了尾焰中AlO粒子和碳黑粒子形态参数化,根据粒子形态选择合适的辐射特性计算方法;对比了可以计算团簇粒子辐射特性的方法的计算效率,结果表明:GMM的计算效率和精度都较高,最终选择GMM计算团簇粒子辐射特性。进行不同形态AlO粒子辐射特性参数计算分析。计算分析粒子粒径或等效粒径、入射光波长、粒子形态和粒子形变程度对粒子的辐射特性的影响规律。结果表明,不同形态粒子的衰减、散射和吸收因子随粒径、波长和形变程度的变化规律相同,只在数值大小上有不同,散射相函数均满足前向散射大于后向散射的规律。进行碳黑团簇粒子辐射特性参数计算分析。运用有限扩散凝聚模型生成碳黑团簇粒子,分析基元粒子个数、分形维数、前向分形因子对碳黑粒子形态的影响;探究了团聚粒子中基元粒子个数、入射光波长、分形维数和前向分形因子对碳黑团簇粒子辐射特性的影响。结果表明:随着基元粒子个数、分形维数的增大,碳黑团簇粒子的衰减、散射和吸收因子增大,且前向散射大于后向散射。进行典型固体火箭发动机尾焰辐射效应分析。在已知单粒子辐射特性参数的情况下,结合粒子数密度得到AlO粒子系得辐射特性参数;进行基于蒙特卡洛法的喷焰光谱辐射特性仿真,得到尾焰的光谱辐射强度,量化不同探测角度和波长下球形、非球形处理方法带来光谱辐射特性差异。结果表明:波长为1.55μm和8μm时,可忽略尾焰中粒子形态对辐射的影响;在2.7μm波段,球和非球粒子掺混比例为1:1和3:1时,可以忽略非球AlO粒子的影响;在探测天顶角为0°、22.5°和45°时,均可忽略尾焰和尾迹中粒子形态对太阳光反射的影响。

关键词：固体火箭发动机尾焰流场非球形粒子辐射团簇粒子辐射

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火箭发动机尾焰流场光谱辐射特性研究

火箭发动机尾焰流场光谱辐射特性研究

作者：于文浩沈阳理工大学

学位级别：硕士

固体火箭发动机是一种广泛用于各类战术、战略导弹上自带氧化剂和燃料的发动机,尾焰流场的光谱辐射特性是对其进行目标识别的重要特征信号。本文基于FLUENT,采用RNG k-ε湍流模型对尾焰流场进行数值计算,采用有限速率化学反应模型和CO/H... 详细信息

固体火箭发动机是一种广泛用于各类战术、战略导弹上自带氧化剂和燃料的发动机,尾焰流场的光谱辐射特性是对其进行目标识别的重要特征信号。本文基于FLUENT,采用RNG k-ε湍流模型对尾焰流场进行数值计算,采用有限速率化学反应模型和CO/H2反应机理对尾焰流场的复燃反应进行模拟,利用HITRAN光谱数据库计算尾焰流场中气体组分的辐射参数,采用坐标离散模型对尾焰流场的光谱辐射特性进行计算。主要工作内容如下:1、研究了复燃对尾焰流场光谱辐射特性的影响。研究结果表明:复燃提高了尾焰流场的温度和光谱辐射的强度,扩大了流场温度和光谱辐射的分布范围,是影响尾焰流场光谱辐射特性的重要因素。2、研究了飞行速度对尾焰流场光谱辐射特性的影响。研究结果表明:随着飞行速度的增加,固体火箭发动机尾焰流场的复燃程度下降,尾焰流场的温度和光谱辐射强度下降,分布区域减小。3、研究了飞行高度对尾焰流场光谱辐射特性的影响。研究结果表明:随着飞行高度的增加,固体火箭发动机尾焰流场的复燃程度下降,尾焰流场的温度和光谱辐射强度下降,分布区域逐渐减小,到达一定高度后,复燃反应几乎不在进行,温度分布范围增大,尾焰流场马赫盘处的光谱辐射强度明显大于流场其他位置。4、研究了燃烧室压强对尾焰流场光谱辐射特性的影响。研究结果表明:随着燃烧室压强的增大,固体火箭发动机尾焰流场的复燃程度上升,尾焰流场的温度和光谱辐射强度增大,峰值点逐渐后移,温度和光谱辐射分布区域增大,马赫盘处的温度和辐射强度增大。5、研究了改性双基推进剂中奥克托金含量对尾焰流场光谱辐射特性的影响。研究结果表明:随着改性双基推进剂中奥克托金含量的增加,尾焰流场复燃程度降低,尾焰流场马赫盘处的辐射强度逐渐增大,而流场中后部辐射强度逐渐减小,辐射范围变化较小。6、研究了改性双基推进剂中高氯酸铵含量对尾焰流场光谱辐射特性的影响。研究结果表明:随着改性双基推进剂中高氯酸铵含量的增加,尾焰流场的复燃程度逐渐降低,马赫盘处的温度和辐射强度增大,而中后部的辐射强度减小,尾焰流场的辐射区域减小。

关键词：尾焰流场光谱辐射目标识别 FLUENT HITRAN 坐标离散模型

基于红外技术的液体火箭发动机尾焰流场测量研究

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红外与激光工程 2017年第2期46卷 134-138页

作者：王大锐张楠北京航天动力研究所北京100076

利用傅里叶红外光谱仪(FTIR)和热像仪对常规液体火箭发动机尾焰流场红外光谱和图像进行了测量研究。红外光谱检测出了尾焰流场中的主要燃烧产物H2O、CO2以及微量燃烧产物NO、N2O。红外图像捕捉到了尾焰流场结构,建立了图像特征与燃烧状... 详细信息

利用傅里叶红外光谱仪(FTIR)和热像仪对常规液体火箭发动机尾焰流场红外光谱和图像进行了测量研究。红外光谱检测出了尾焰流场中的主要燃烧产物H2O、CO2以及微量燃烧产物NO、N2O。红外图像捕捉到了尾焰流场结构,建立了图像特征与燃烧状态之间的关系。研究结果表明:红外光谱仪和红外热像仪可对尾焰特征燃烧产物、流场结构进行精确测量,红外技术的应用为发动机工作状态监测提供一种新的分析手段。

关键词：傅里叶红外光谱仪红外热像仪液体火箭发动机尾焰流场状态监测

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高超声速飞行器尾焰红外辐射特性研究

高超声速飞行器尾焰红外辐射特性研究

作者：张筱娴哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着高超声速飞行器的快速发展和其在军事上展现出的强大优势,对其进行探测拦截也变得迫在眉睫。目前常用的目标探测手段中,红外探测因其强隐蔽性、高适应性及反应灵敏等特点而倍受青睐且被大力发展,而高超声速飞行器的尾焰流场温度高... 详细信息

随着高超声速飞行器的快速发展和其在军事上展现出的强大优势,对其进行探测拦截也变得迫在眉睫。目前常用的目标探测手段中,红外探测因其强隐蔽性、高适应性及反应灵敏等特点而倍受青睐且被大力发展,而高超声速飞行器的尾焰流场温度高且包含2H O等强辐射气体,正是红外探测中的重要辐射来源。由于高超声速飞行器速度快、灵活性强等特点,导致红外辐射信号的捕捉难度极大,因此在高超声速飞行器的红外探测方面还需要进一步研究。本文对高超声速飞行器的尾焰流场进行了数值仿真研究,分析了流场辐射的参数变化特性,对高超声速飞行器的红外探测提供了依据。主要工作如下:基于计算流体力学软件建立了高超声速飞行器的尾焰流场数值模型,分析了飞行参数对近场尾焰流场的影响,提出了计算域分段模拟方法,获得了远场尾焰流场随尾焰长度方向的变化规律。建立了高超声速飞行器尾焰流场的视在光线法辐射传输模型,并编写了相应的程序代码,分析了高超声速飞行器尾焰流场的红外辐射随探测角度、探测波长和尾焰长度等参数的变化特性。结合高清地球遥感图像,建立了高分辨率的数字地球模型,与地表类型、温度、辐射物性等进行关联形成了地表辐射计算模型,计算了不同地表背景下的高超声速飞行器尾焰流场辐射。考虑尾焰流场与环境大气折射率的差异,分析了尾焰流场对探测器上辐射图像的影响。本文研究结果对目标的红外探测实施有一定参考价值,对目标预警和拦截技术有重要的理论意义和应用价值。

关键词：红外探测视在光线法高超声速飞行器尾焰流场

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火箭尾焰等离子体浓度分布数值计算

科学技术与工程 2008年第4期8卷 965-970页

作者：杨森陈新华装备指挥技术学院研究生管理大队北京101416 装备指挥技术学院航天装备系北京101416

在火箭尾焰电磁波衰减影响研究中,需要了解火箭尾焰流场等离子体浓度分布。使用数值方法计算了固体火箭尾焰流场参数,应用等离子体浓度计算模型,对火箭尾焰流场等离子体浓度分布进行了数值计算,并对仿真计算结果进行分析,为研究穿越火... 详细信息

在火箭尾焰电磁波衰减影响研究中,需要了解火箭尾焰流场等离子体浓度分布。使用数值方法计算了固体火箭尾焰流场参数,应用等离子体浓度计算模型,对火箭尾焰流场等离子体浓度分布进行了数值计算,并对仿真计算结果进行分析,为研究穿越火箭尾焰电磁波干扰提供研究数据。

关键词：固体火箭发动机数值分析尾焰流场等离子体

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基于窄谱带模型的尾焰红外辐射计算

红外 2015年第3期36卷 39-44页

作者：马千里童中翔张志波马榜空军工程大学航空航天工程学院西安710038

尾焰红外辐射的计算是飞行器红外辐射计算的重要环节。在尾焰流场工程计算模型的基础上,从燃烧的化学反应出发,解决了尾喷口处气体组分参数的计算问题,利用基于Malkmus窄谱带模型的C-G近似法得到了尾焰红外辐射的快速计算方法。仿真结... 详细信息

尾焰红外辐射的计算是飞行器红外辐射计算的重要环节。在尾焰流场工程计算模型的基础上,从燃烧的化学反应出发,解决了尾喷口处气体组分参数的计算问题,利用基于Malkmus窄谱带模型的C-G近似法得到了尾焰红外辐射的快速计算方法。仿真结果表明,该方法能够快速准确地计算出尾焰的辐射,能为红外制导导弹仿真中飞机目标红外辐射的计算提供有效途径。

关键词：尾焰红外辐射窄谱带模型尾焰流场