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基于合金材料的固体推进剂燃速增速方法

火炸药学报 2024年

作者：吴秋任全彬西北工业大学固体推进全国重点实验室中国航天科技集团公司第四研究院第41研究所中国航天科技集团公司第四研究院

为了研究金属丝对固体火箭发动机药柱燃速的影响，本文选了6种导热性、力学性能均较优的材料，做成细丝嵌入到HTPB推进剂内开展点火试验。首先分析了材料增速比与抗拉强度的关系，其次分析了压强对增速比的影响，同时开展了基于传热理... 详细信息

为了研究金属丝对固体火箭发动机药柱燃速的影响，本文选了6种导热性、力学性能均较优的材料，做成细丝嵌入到HTPB推进剂内开展点火试验。首先分析了材料增速比与抗拉强度的关系，其次分析了压强对增速比的影响，同时开展了基于传热理论及燃面反算的增速比瞬态分析，最后对比分析了不同材料物性参数对增速比的影响。分析结果表明铜银合金、银镍合金是纯银抗拉强度的2.1倍、3.6倍，增速比为纯银的94%和43%，合金材料的增速比和强度更均衡；工作平稳段平均压强从3.8MPa上升至9.1MPa时，银镍合金平均增速比从1.99提升至2.46；高压下增速比从0上升至最高3.25，随后下降至2.65并稳定，增速效果波动较大；低压下基本无上升下降趋势，增速效果更稳定，与理论分析趋势吻合较好；不同材料熔点、比热容与增速比呈负相关，与导热系数呈现正相关。试验结果能为进一步的工程应用提供参考。

关键词：固体火箭发动机增速材料增速比

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大推力液氧煤油补燃发动机分级起动仿真分析

航空动力学报 2024年第8期39卷 154-162页

作者：张睿文李斌王丹张晓光中国航天科技集团有限公司西安航天动力研究所西安710100 中国航天科技集团有限公司航天推进技术研究院西安710100

分级起动是提高大推力液氧煤油补燃发动机起动品质和发射可靠性的重要措施。通过系统动力学仿真,分析了发动机分级起动特性。采用Modelica语言开发了通用模块化液体动力系统动态特性仿真模型库(Tulips)。基于模型库,自底向上逐层构建和... 详细信息

分级起动是提高大推力液氧煤油补燃发动机起动品质和发射可靠性的重要措施。通过系统动力学仿真,分析了发动机分级起动特性。采用Modelica语言开发了通用模块化液体动力系统动态特性仿真模型库(Tulips)。基于模型库,自底向上逐层构建和验证了发动机系统仿真模型。仿真结果表明:初级工况设置在推力高于额定值40%时起动品质较好;初级工况越低,进入初级工况的延迟时间越长;初级工况较低时,提前推力室点火和燃料节流阀转级时刻,有利于提高起动品质;涡轮泵转动惯量较大时,进入初级工况更平稳。

关键词：补燃发动机分级起动系统动态仿真模型库初级工况

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氢氧燃气发生器低频燃烧稳定性仿真分析

航空动力学报 2024年第8期39卷 145-153页

作者：张亚田原潘亮孔维鹏中国航天科技集团有限公司北京航天动力研究所北京100076 中国航天科技集团有限公司低温液体推进技术实验室北京100076

针对某氢氧火箭发动机燃气发生器热试车参数存在约200~230 Hz较明显脉动的现象,建立了低频燃烧稳定性仿真数学模型,来分析是否发生了燃烧时滞相关的极限循环低频不稳定燃烧。不同燃烧时滞、喷注器压降和燃烧室容积条件下的仿真结果显示... 详细信息

针对某氢氧火箭发动机燃气发生器热试车参数存在约200~230 Hz较明显脉动的现象,建立了低频燃烧稳定性仿真数学模型,来分析是否发生了燃烧时滞相关的极限循环低频不稳定燃烧。不同燃烧时滞、喷注器压降和燃烧室容积条件下的仿真结果显示:由燃烧时滞引起的低频不稳定燃烧频率显著低于试验结果,试验中低频脉动可能是受到了供应管路声学频率的扰动。进一步分析表明:决定燃烧系统稳定性的关键参数是燃烧时滞与燃气停留时间的比值,当该比值大于临界值时系统趋于不稳定,相反系统趋于稳定。基于仿真数据拟合形成了系统固有频率计算的半经验公式,系统固有频率随着燃烧时滞与燃气停留时间之和增大而降低。获取了在不同压降占比下的稳定边界,随着喷注器压降占比的增大,系统由稳定转为不稳定的燃烧时滞与燃气停留时间的临界比值越大。

关键词：液体火箭发动机低频燃烧稳定性燃气发生器固有频率稳定边界

基于人工神经网络的固体推进剂细观损伤与宏观刚度映射关系

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复合材料学报 2024年第9期41卷 4765-4777页

作者：张滔韬杨玉新张二晗校金友吕海宝文立华雷鸣侯晓西北工业大学航天学院西安航天动力技术研究所哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所中国航天科技集团公司

作为一种高夹杂比颗粒增强聚合物基复合材料，固体推进剂的宏观力学性能主要由其细观结构决定。外加载荷下，初始缺陷或细观颗粒团聚均可诱发局部应力集中，导致颗粒-基体细观界面脱粘，材料宏观力学性能劣化。如何构建细观损伤与宏观... 详细信息

作为一种高夹杂比颗粒增强聚合物基复合材料，固体推进剂的宏观力学性能主要由其细观结构决定。外加载荷下，初始缺陷或细观颗粒团聚均可诱发局部应力集中，导致颗粒-基体细观界面脱粘，材料宏观力学性能劣化。如何构建细观损伤与宏观性能间的映射关系，已成为推进剂细观实验结果合理运用、固体火箭发动机结构灾变准确预报的关键。为此，本文发展了基于连续介质力学框架的人工神经网络，以变形梯度的不变量为输入、自由能为输出，遴选现有自由能函数和损伤增长函数形式为神经网络设计激活函数，使神经网络先验地满足变形连续性、坐标不变性、热力学一致性等要求。基于上述物理相容性，神经网络能在稀疏训练数据条件下快速收敛，还能够自下而上地实现损伤状态的遗传映射。最后，采用有限元分析获取的数据集，验证了该网络模型对不同预损伤下的推进剂在单轴拉伸、等双轴拉伸、纯剪切3种加载条件下的宏观刚度预报能力。

关键词：固体推进剂力学本构关系人工神经网络细观损伤细-宏观映射

喷嘴结构细节对连续爆轰发动机掺混特性的影响

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航空动力学报 2024年第8期39卷 178-184页

作者：孔维鹏刘倩中国航天科技集团有限公司北京航天动力研究所北京100076 中国航天科技集团有限公司低温液体推进技术实验室北京100076

为研究不同喷嘴结构细节对气氢/气氧连续爆轰发动机冷态掺混特性的影响,采用商业软件Fluent对其冷态掺混流场进行了数值仿真研究。以环缝-喷孔式喷注结构为基础,设计了12种不同喷嘴结构的连续爆轰发动机,研究了在入口条件相同的情况下,... 详细信息

为研究不同喷嘴结构细节对气氢/气氧连续爆轰发动机冷态掺混特性的影响,采用商业软件Fluent对其冷态掺混流场进行了数值仿真研究。以环缝-喷孔式喷注结构为基础,设计了12种不同喷嘴结构的连续爆轰发动机,研究了在入口条件相同的情况下,不同气氧喷嘴出口扩张角、不同气氢喷注角度、不同气氢喷嘴出口扩张角以及单双侧喷注对掺混特性的影响。结果表明:气氧喷嘴出口扩张角在0°~20°范围内,掺混效果呈现先下降后上升的趋势,气氧喷嘴出口扩张角最佳值为20°;气氢喷注角度在30°~90°范围内,掺混效果呈现先上升后下降的趋势,气氢喷注角度最佳值为45°;在0°~10°范围内,增大气氢喷嘴出口扩张角使得掺混效果下降;气氢双侧喷注的掺混效果明显优于单侧喷注。

关键词：连续爆轰发动机气氢/气氧喷嘴结构冷态流场掺混特性数值仿真

基于双向流固耦合方法的火箭发动机输流管路振动研究

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振动工程学报 2024年第4期37卷 717-728页

作者：苏勇何江张淼宫武旗西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049 中国航天科技集团公司西安航天动力研究所陕西西安710100

火箭发动机的液氧煤油输送管路经常发生异常振动,严重威胁火箭发动机安全,处理不当将使火箭发射失败,造成巨大经济损失,因此必须对输送管路振动进行研究。本文建立了包含波纹管、多段弯管及其他附属结构的高压输送管路三维模型,采用双... 详细信息

火箭发动机的液氧煤油输送管路经常发生异常振动,严重威胁火箭发动机安全,处理不当将使火箭发射失败,造成巨大经济损失,因此必须对输送管路振动进行研究。本文建立了包含波纹管、多段弯管及其他附属结构的高压输送管路三维模型,采用双向流固耦合方法,在外源压力脉动激励作用下,对管路进行了振动研究,并通过热试车试验验证了计算结果的有效性。分析结果表明,同一频率下,振动加速度的幅值分布与流场压力幅值分布有明显的相关性,表明流体压力脉动是引起管道异常振动的根本原因,且随着平均压力的升高,管道的振动加剧。可视化结果表明,管道振动剧烈位置主要集中在中间管道和波纹管处。波纹管、弯管和支撑处的应力应变值较大,是容易发生结构失效的危险位置,应重点关注。

关键词：火箭发动机输流管路流固耦合高压

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火箭发动机增压系统关键换热参数辨识

航空动力学报 2024年第4期39卷 224-233页

作者：张效溥李志敏徐鹏里李春晓王振剑中国航天科技集团有限公司上海宇航系统工程研究所上海201109

针对火箭增压系统设计过程中关键换热参数难以确定的问题,提出1种基于混沌自适应粒子群算法(ACPSO)的增压系统换热参数辨识方法。建立了考虑换热模型的液体火箭增压系统非线性数学模型,通过灵敏度分析筛选出待识别参数,采用含有早熟抑... 详细信息

针对火箭增压系统设计过程中关键换热参数难以确定的问题,提出1种基于混沌自适应粒子群算法(ACPSO)的增压系统换热参数辨识方法。建立了考虑换热模型的液体火箭增压系统非线性数学模型,通过灵敏度分析筛选出待识别参数,采用含有早熟抑制和惯性权重自适应调节策略的粒子群方法对选定参量进行辨识,对引入了权重衰减机制的方均根目标函数进行优化。结果表明:辨识后的仿真曲线与实测曲线具有良好的一致性,氧箱增压电磁阀打开时间仿真值与实测值偏差低于3%,气瓶1次飞行结束温度仿真值与实测值仅相差2.4 K。将辨识结果应用于某相似的新研型号,气瓶设计容积和质量相比绝热假设的设计方案降低了32 L和11.6 kg,有效减少了由设计过度冗余造成的额外试验和设计迭代成本。

关键词：系统工程传热粒子群算法参数辨识火箭增压系统

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充气式返回舱化学非平衡仿真分析

国防科技大学学报 2024年第3期46卷 79-87页

作者：何青松王广兴冯瑞董海波黄明星贾贺北京空间机电研究所北京100094 中国航天科技集团有限公司航天进入、减速与着陆技术实验室北京100094

采用空气五组分模型对充气式返回舱的气动特性进行了化学非平衡数值模拟研究,考察了返回舱外形变化对流场温度和压力的分布以及壁面热流密度和压强的影响,分析了流场中组分分布情况。研究结果表明,外形变化在总体上对返回舱流场特性影... 详细信息

采用空气五组分模型对充气式返回舱的气动特性进行了化学非平衡数值模拟研究,考察了返回舱外形变化对流场温度和压力的分布以及壁面热流密度和压强的影响,分析了流场中组分分布情况。研究结果表明,外形变化在总体上对返回舱流场特性影响较小,会使舱体壁面处的热流密度有所增加;对流场组分分布的研究发现,由于N 2比O 2更难解离,在整个流场中N的摩尔分数远低于O的摩尔分数;在目前的计算条件下,沿轴线和壁面的氮氧比与来流基本保持一致。仿真结果在总体上与实验结果符合较好,验证了仿真模型的可靠性。

关键词：充气式返回舱化学非平衡外形变化组分分布数值模拟

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以科技创新开辟发展新领域新赛道

科技导报 2024年第1期42卷 1-2页

作者：包为民中国航天科技集团有限公司北京100048

2023年,以人工智能、超级计算和自动化为基础的数字时代和基于生物技术、纳米技术的深度科学这两股创新浪潮引领科技研发进入新的阶段,全球创新格局正悄然变化。在全面贯彻党的二十大精神的开局之年,我国科研工作者太空逐梦、极地探索,... 详细信息

2023年,以人工智能、超级计算和自动化为基础的数字时代和基于生物技术、纳米技术的深度科学这两股创新浪潮引领科技研发进入新的阶段,全球创新格局正悄然变化。在全面贯彻党的二十大精神的开局之年,我国科研工作者太空逐梦、极地探索,在空天技术、农业科技、基础研究、生物医药等方面取得一系列令人振奋的突破性进展和标志性成果,创新实力不断提升。

关键词：创新浪潮科技研发创新实力超级计算人工智能纳米技术生物医药标志性成果