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应用声学黑洞波陷阱的固体火箭发动机声能耗散方法

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推进技术 2024年

作者：王小东赵桂琦张浩春王晓东季宏丽内蒙动力机械研究所南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室

固体火箭发动机声不稳定燃烧源于推进剂的燃烧增益与燃烧室声学空间相互耦合，并以声能的形式积聚形成声共振，所以抑制声不稳定燃烧的关键在于对声能的有效耗散。声学黑洞（ABH: Acoustic Black Hole）作为一种新型的波操纵技术，利用... 详细信息

固体火箭发动机声不稳定燃烧源于推进剂的燃烧增益与燃烧室声学空间相互耦合，并以声能的形式积聚形成声共振，所以抑制声不稳定燃烧的关键在于对声能的有效耗散。声学黑洞（ABH: Acoustic Black Hole）作为一种新型的波操纵技术，利用阻抗的变化实现降低波速、增加波幅的目的，为吸声结构的设计提供了新思路。本文针对某试验发动机不稳定燃烧问题，提出应用声学黑洞的发动机声能耗散设计方法（ABH声陷阱），以提升燃烧稳定性。基于理论方法分析了ABH声陷阱中声波随传播距离的变化规律，提出了发动机中的应用方案。通过有限元仿真方法研究了含有三种几何参数ABH声陷阱发动机声学特性，结果表明ABH声陷阱宽频范围内可以有效降低发动机内的声压，结合实际发动机燃面声激励，0～3000Hz内33.50%～43.12%的声能可被ABH声陷阱吸收。该研究为新型固体火箭发动机抑制声不稳定燃烧提供了新思路。

关键词：固体火箭发动机声学黑洞波陷阱不稳定燃烧声能耗散

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铝/水两相自点火实验和理论研究

西安交通大学学报 2024年第9期58卷 62-71页

作者：宋会棒黄文林黄佐华折勇王立民陈頔张英佳西安交通大学绿色氢电全国重点实验室西安710049 内蒙动力机械研究所呼和浩特010010

针对铝/水冲压发动机水蒸气氛围金属燃料点火燃烧机理不明、基础燃烧实验数据缺乏等问题,基于可视化高压激波管实验平台开展了铝/水两相自点火实验和理论研究,从发光强度及火焰图像、自点火温度和点火延迟3种角度表征了铝粉的温度效应... 详细信息

针对铝/水冲压发动机水蒸气氛围金属燃料点火燃烧机理不明、基础燃烧实验数据缺乏等问题,基于可视化高压激波管实验平台开展了铝/水两相自点火实验和理论研究,从发光强度及火焰图像、自点火温度和点火延迟3种角度表征了铝粉的温度效应、压力效应和尺度效应,揭示了铝/水和铝/氧点火机理的差异性,构建了铝/水自点火温度预示模型。实验结果表明:铝/水点火模式为小粒径颗粒优先着火,再引燃大粒径铝颗粒着火;临界自点火温度与铝颗粒粒径呈现反向依赖关系;点火延迟时间与温度关系符合Arrhenius关系式,颗粒越大,点火延迟的温度敏感性越高;纳米级铝粉点火延迟呈现较强的压力依赖行为,高压下火焰区域更为集中,铝粉颗粒之间竞争氧化剂更加剧烈;铝粉点火延迟的尺度效应明显,1500K下50.0μm粒径铝粉点火延迟时间约为100nm粒径铝粉的30倍。研究结果表明,铝/水自点火特性优于铝/氧,所构建的铝/水模型对微米颗粒自点火温度的预测值与文献实验值偏差较小。该研究的基础燃烧数据和点火机制理论分析可为铝/水冲压发动机的燃烧组织优化及燃烧室结构设计提供理论依据,为铝/水点火机理和模型的发展提供研究思路。

关键词：铝/水冲压发动机激波管点火延迟点火温度

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回流型脉冲爆震燃烧室结构动态响应实验研究

推进技术 2024年

作者：景鑫曾涵卢伶张军利李勍卢杰郑龙席西北工业大学动力与能源学院中国航发湖南动力机械研究所

脉冲爆震燃烧室是脉冲爆震发动机的核心部件，工作过程中承受高温以及周期性高速移动的瞬态高压载荷，爆震室的强度和安全性是其工程应用的前提。本文针对一种新型的回流型爆震室，建立了台架工作环境的爆震室压力、温度、动态应变试验... 详细信息

脉冲爆震燃烧室是脉冲爆震发动机的核心部件，工作过程中承受高温以及周期性高速移动的瞬态高压载荷，爆震室的强度和安全性是其工程应用的前提。本文针对一种新型的回流型爆震室，建立了台架工作环境的爆震室压力、温度、动态应变试验测试平台，初步开展了5 Hz工况下的气/热载荷与结构动态响应测试与分析。结果表明爆震室空间内包含完整起爆过程以及压力反传，压力时空变化比爆震波理想传播模型更加复杂；爆震室结构表现出受高速冲击爆震压力载荷引起的瞬态响应的同时，压力在回流型结构内传播产生弯矩，将引起爆震室结构的低频弯曲振动；爆震室的低频响应包含50 Hz、173 Hz和224 Hz等频率成分，幅值分散性小，而高频成分主要分布在10～30 kHz，幅值分散性较大。

关键词：脉冲爆震发动机回流型脉冲爆震燃烧室试验脉冲爆震载荷特性动态响应

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级间热分离流场干扰特性及动力学数值研究

兵器装备工程学报 2024年第6期45卷 1-9页

作者：王亦君卞云龙张国庆北京理工大学宇航学院北京100081 内蒙动力机械研究所呼和浩特010011

采用数值模拟方法并结合动网格技术对导弹级间热分离过程的非定常流场和刚体运动进行耦合计算,分析级间段内外两侧流场结构的变化规律,并对一级弹体进行了动力学分析。研究结果表明,二级弹体发动机喷管处于过膨胀状态,随着分离过程的进... 详细信息

采用数值模拟方法并结合动网格技术对导弹级间热分离过程的非定常流场和刚体运动进行耦合计算,分析级间段内外两侧流场结构的变化规律,并对一级弹体进行了动力学分析。研究结果表明,二级弹体发动机喷管处于过膨胀状态,随着分离过程的进行,喷管内正激波不断向下游移动,激波强度不断减弱。级间间隙处的横向喷流与外界超声速自由来流形成复杂的流动干扰现象,干扰流场中分离激波和羽流激波强度逐渐减弱并向下游移动。干扰流场流动分离区域面积随着飞行高度增大而不断扩大。随着分离过程的进行,级间段表现为初期憋压、后期泄压的状态,一级弹体轴向载荷呈现初期迅速上升、峰值后迅速下降,再小幅度波动后缓慢下降的规律;随着飞行高度增加,一级弹体侧向位移均向对应坐标轴负方向变化。

关键词：级间热分离数值模拟流动干扰流动分离载荷特性

基于Kriging的多阶段加点策略及离心叶轮汽蚀优化

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西北工业大学学报 2024年第3期42卷 467-476页

作者：陈璇李嘉李斌邹学奇蔡飞超西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072 长安大学工程机械学院陕西西安710064 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002

为了实现燃油离心泵汽蚀特性智能优化设计,提出一种基于Kriging的多阶段主动学习加点策略。重点是建立3个阶段的加点策略,并明确各阶段加点策略的切换判据。基于一维函数、多维函数等测试函数,与单加点策略对比以验证多阶段主动学习加... 详细信息

为了实现燃油离心泵汽蚀特性智能优化设计,提出一种基于Kriging的多阶段主动学习加点策略。重点是建立3个阶段的加点策略,并明确各阶段加点策略的切换判据。基于一维函数、多维函数等测试函数,与单加点策略对比以验证多阶段主动学习加点策略的有效性。进而,以某型燃油离心泵为例,完成所提出加点策略在其汽蚀特性的优化应用。测试函数算例结果表明:多阶段主动学习加点策略达到相同精度所需时间稍长于单MSE策略,优于单EI策略与单CV策略;但相比单MSE策略,全局最优解局部精度更高。离心泵汽蚀特性优化结果表明:优化泵进口处压力损失降低且进口处回流、旋涡等局部流动减弱,蜗壳内压力梯度增大且其出口处旋涡流动减弱;优化泵的汽蚀系数提高30.83%,汽蚀余量下降9.14%,汽蚀比转数下降7.17%,泵内气体含量下降17.27%,所提出的方法有效地提高了离心泵的抗汽蚀性能。

关键词：燃油离心泵汽蚀特性 Kriging 加点策略优化设计

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碳纤维复合靶板抗破片冲击性能研究

高压物理学报 2024年第4期38卷 90-99页

作者：李巧歌梁增友王春光郝永强中北大学机电工程学院山西太原030051 晋西集团江阳公司山西太原030051 内蒙动力机械研究所内蒙古呼和浩特010000

为探究碳纤维复合材料的抗破片侵彻性能,进行了8 g立方体钢破片侵彻厚度分别为5、10、15 mm碳纤维复合材料靶板试验,获取破片着靶速度,并回收破片、靶板,观测靶板破坏情况。根据试验情况进行数值模拟,探究破片侵彻碳纤维复合材料靶板的... 详细信息

为探究碳纤维复合材料的抗破片侵彻性能,进行了8 g立方体钢破片侵彻厚度分别为5、10、15 mm碳纤维复合材料靶板试验,获取破片着靶速度,并回收破片、靶板,观测靶板破坏情况。根据试验情况进行数值模拟,探究破片侵彻碳纤维复合材料靶板的过程及碳纤维复合材料靶板的破坏机理,由此得到靶板破坏形式与破片速度的关系:破片速度大于弹道极限时,靶板以纤维的剪切破坏为主;破片速度逐渐降低时,纤维的拉伸破坏、基体破裂与纤维层分层多种破坏形式所占比重随着破片速度的变化而变化。

关键词：碳纤维复合材料弹道侵彻试验破片破坏机理

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自然贮存条件下端羟基聚丁二烯体系的老化机理与结构-性能关系

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塑料工业 2024年第7期52卷 144-149页

作者：曾繁琦陈家兴杨其吕亚栋四川大学高分子科学与工程学院四川成都610065 内蒙动力机械研究所内蒙古呼和浩特010000

端羟基聚丁二烯(HTPB)应用于固体火箭推进剂,对国防装备的动力系统至关重要。虽然围绕HTPB老化机理的研究成果众多,但其在自然贮存条件下的老化机制及与性能劣化之间的确切关系尚未充分阐明。本研究专注于探索HTPB推进剂在自然贮存期间... 详细信息

端羟基聚丁二烯(HTPB)应用于固体火箭推进剂,对国防装备的动力系统至关重要。虽然围绕HTPB老化机理的研究成果众多,但其在自然贮存条件下的老化机制及与性能劣化之间的确切关系尚未充分阐明。本研究专注于探索HTPB推进剂在自然贮存期间的老化行为,致力于阐释微观结构损伤与宏观性能衰减之间的内在联系。研究通过对HTPB推进剂样品进行精细的微观结构表征与宏观性能测试,揭示了老化过程中结构变化与性能劣化的动态关系。结果显示,随着贮存时间的延长,HTPB推进剂宏观性能的衰减主要源于微观层面的结构损伤,如氧化交联增加与分子链的断裂降解。特别地,这些老化效应在材料的内部结构中更为显著。在贮存的早期阶段,氧化交联是主导老化机制;而在后期,降解断裂则成为主要老化过程。深入分析发现,HTPB推进剂的力学性能(如拉伸强度和断裂伸长率)与其凝胶含量及交联密度之间存在显著的相关性。这些发现对于理解HTPB推进剂的老化机理和预测其长期贮存性能具有重要意义。

关键词：推进剂性能变化自然贮存老化微细观表征机理研究构效关系

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无转速同步下叶片同步振动参数辨识误差修正

传感技术学报 2024年第6期37卷 1005-1013页

作者：郭沛铉牛广越傅骁段发阶支烽耀吴靓昕蒋佳佳天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002

叶片振动非接触在线测量是保障大型旋转机械健康高效运行的重要环节,振动参数的精确辨识是叶片振动高精度测量的关键。无转速同步下,传统基于叶尖定时的叶片同步振动参数辨识方法忽略了叶片振动带来的时间误差,直接影响了参数辨识精度... 详细信息

叶片振动非接触在线测量是保障大型旋转机械健康高效运行的重要环节,振动参数的精确辨识是叶片振动高精度测量的关键。无转速同步下,传统基于叶尖定时的叶片同步振动参数辨识方法忽略了叶片振动带来的时间误差,直接影响了参数辨识精度。为修正无转速同步下的叶片同步振动周向傅里叶拟合误差,提出了一种改进的叶片同步振动参数高精度辨识方法。利用叶片振动角位移,修正叶片到达时刻,优化传感器之间的振动位移差测量模型,提高了叶片振动幅值及振动倍频的辨识精度。开展了仿真和实验验证,二者结果一致性良好,在振动倍频值10、6、5处,改进方法与传统方法相比,信号恢复精度分别提高11.79μm、5.21μm、3.26μm,所提方法具有良好的误差修正效果。

关键词：叶尖定时叶片振动转速同步误差修正参数辨识

机动飞行条件下固冲发动机补燃室绝热层烧蚀实验研究

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推进技术 2024年

作者：闫航程吉明刘杰李海波冯喜平侯晓西北工业大学固体推进全国重点实验室北京动力机械研究所

总体机动飞行引发的过载效应会导致固体火箭冲压发动机补燃室燃气积聚，并在绝热层局部形成烧蚀严重区域。针对这一问题，设计并搭建了一套模拟机动飞行条件下补燃室烧蚀热环境的实验装置，通过数值模拟获得了装置内两相流场参数的变化... 详细信息

总体机动飞行引发的过载效应会导致固体火箭冲压发动机补燃室燃气积聚，并在绝热层局部形成烧蚀严重区域。针对这一问题，设计并搭建了一套模拟机动飞行条件下补燃室烧蚀热环境的实验装置，通过数值模拟获得了装置内两相流场参数的变化规律，实现了补燃室内压力、绝热层表面温度、燃气速度、燃气与绝热层间夹角等烧蚀影响参数的可控。利用该装置对某典型固冲发动机机动飞行工况开展了实验，结果表明，实验结果满足补燃室烧蚀严重区域目标参数模拟要求，目标压强为0.45 MPa，实验测量压强为0.467 MPa，相对误差为3.78%；实验过程中温度测试结果为1245 K、1341 K，与数值仿真结果相比相对误差分别为5.62%和5.14%，数值仿真得到的试件中心温度为2367 K，与目标温度相比相对误差为2.9%；实验用绝热层在燃气直接作用区域形成了冲刷凹坑，最大烧蚀位置的线烧蚀率约为0.03 mm/s，非直接作用区域试件膨胀，凹坑形状受试件附近流场分布规律影响。

关键词：固冲发动机模拟机动条件富氧两相环境烧蚀实验系统硅橡胶绝热层