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某RBCC样机进气道的设计与数值模拟

航空动力学报 2011年第8期26卷 1801-1807页

作者：石磊何国强秦飞刘佩进刘晓伟西北工业大学航天学院燃烧、热结构与内流场重点实验室西安710072

针对某包含引射、亚燃两模态（马赫数为0～4．0）的支板式火箭基组合循环（rocket based combinedcycle）发动机地面集成试验，设计了样机用带支板的二元进气道．数值模拟对比分析了在亚燃模态下进气道加入支板前后的性能以及流道内的... 详细信息

针对某包含引射、亚燃两模态（马赫数为0～4．0）的支板式火箭基组合循环（rocket based combinedcycle）发动机地面集成试验，设计了样机用带支板的二元进气道．数值模拟对比分析了在亚燃模态下进气道加入支板前后的性能以及流道内的流动情况，验证了设计的合理性，并且给出了支板位置以及构型的改变引起RBCC发动机进气道性能变化的规律和优化设计结果．

关键词：支板式火箭基组合循环二元进气道支板设计数值模拟

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固体发动机变量化设计关键技术研究

机械科学与技术 2010年第7期29卷 906-911页

作者：蔡强鲍福廷刘旸丁林胡海峰西北工业大学航天学院燃烧、流动和热结构国家级重点实验室西安710072

在固体发动机概念设计阶段引入变量化设计技术,旨在实现发动机概念/结构的一体化设计。文中对变量化涉及的关键支撑技术——几何约束求解算法的构造、工程约束与几何约束的耦合及统一求解和几何造型平台的选择进行了详细的探讨。然后设... 详细信息

在固体发动机概念设计阶段引入变量化设计技术,旨在实现发动机概念/结构的一体化设计。文中对变量化涉及的关键支撑技术——几何约束求解算法的构造、工程约束与几何约束的耦合及统一求解和几何造型平台的选择进行了详细的探讨。然后设计了一个变量化约束求解器的架构,并在此基础上结合固体发动机设计领域的特殊要求订制了固体发动机变量化方案设计流程。笔者的研究是后续构建固体发动机变量化设计环境的基础,为后续工作的开展做了先行性探讨。

关键词：变量化设计固体火箭发动机几何约束求解概念设计

固体火箭燃气超燃冲压发动机燃烧组织技术研究

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推进技术 2019年第1期40卷 140-150页

作者：高勇刚刘洋余晓京霍东兴杨玉新西北工业大学燃烧流动和热结构国家级重点实验室陕西西安710072 西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072 西安航天动力技术研究所陕西西安710025

为了研究一次火箭室压、一次燃烧产物组分、不同燃烧室构型对于固体火箭燃气超燃冲压发动机性能的影响,采用全流道一体化数值模拟的计算方法,研究了纯气相一次燃烧产物的火箭室压、不同碳颗粒比例的一次燃烧产物、40%的碳颗粒含量的一... 详细信息

为了研究一次火箭室压、一次燃烧产物组分、不同燃烧室构型对于固体火箭燃气超燃冲压发动机性能的影响,采用全流道一体化数值模拟的计算方法,研究了纯气相一次燃烧产物的火箭室压、不同碳颗粒比例的一次燃烧产物、40%的碳颗粒含量的一次燃烧组分下分流道以及波瓣结构两种混合增强方式三种因素对于中心支板式固体火箭燃气超燃冲压发动机补燃室流动燃烧以及发动机性能的影响。结果表明:一次火箭室压增大的同时,由于一次火箭喷管面积比相应地随之增大,一次火箭喷管出口射流的平均压强并未增加,避免了壅塞现象的产生,同时随着一次火箭室压的增加,发动机的推力以及比冲均呈上升趋势;碳颗粒的含量越少,发动机的性能越高,发动机的性能对于推进剂的要求较高;两种混合增强方式对于补燃效率的提高意义明显,合理设计混合增强装置有助于发动机性能的提高。

关键词：固体火箭超燃冲压发动机支板火箭碳颗粒燃烧增强掺混燃烧效率数值模拟

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炭化层疏松/致密结构的三元乙丙烧蚀模型

航空动力学报 2012年第5期27卷 1172-1178页

作者：杨飒何国强李江李强孙翔宇胡淑芳西北工业大学动力与能源学院燃烧、流动和热结构国家级重点实验室西安710072 中国航天科工集团第六研究院呼和浩特010000

分析了烧蚀发动机和高过载烧蚀发动机实验得到EPDM(三元乙丙)的炭化层结构,获得烧蚀过程炭化层结构形成变化的机理,建立了考虑疏松致密结构的多孔炭化层物理模型.模型中炭化层为非均质的多孔可渗透介质,孔隙内部存在气体扩散和热化学反... 详细信息

分析了烧蚀发动机和高过载烧蚀发动机实验得到EPDM(三元乙丙)的炭化层结构,获得烧蚀过程炭化层结构形成变化的机理,建立了考虑疏松致密结构的多孔炭化层物理模型.模型中炭化层为非均质的多孔可渗透介质,孔隙内部存在气体扩散和热化学反应;炭化层中热解气体沉积效应形成致密结构.在多孔介质流动与传热算法基础上建立了模拟绝热材料烧蚀过程的数值方法,计算得到的炭化率、质量烧蚀率和炭化层的多孔结构与实验结果相吻合,证明了本烧蚀模型能够准确地描述绝热材料的热化学烧蚀过程,并为耦合烧蚀模型的建立提供数值算法基础.

关键词：三元乙丙疏松/致密炭化层体烧蚀烧蚀模型固体火箭发动机

两相环境下EPDM绝热层多因素耦合烧蚀预估

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固体火箭技术 2021年第5期44卷 687-695页

作者：王乐冯喜平陈嘉辉卢景旭梁群侯晓西北工业大学航天学院燃烧、热结构与内流场重点实验室西安710072

为保证发动机能在恶劣的环境中运行,在绝热层的设计中,绝热层的厚度将直接影响着发动机结构的稳定性,而绝热层的烧蚀预估对于绝热层厚度的合理设计非常重要。为解决固体火箭发动机三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层烧蚀性能工程预估问题,结合固... 详细信息

为保证发动机能在恶劣的环境中运行,在绝热层的设计中,绝热层的厚度将直接影响着发动机结构的稳定性,而绝热层的烧蚀预估对于绝热层厚度的合理设计非常重要。为解决固体火箭发动机三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层烧蚀性能工程预估问题,结合固体火箭发动机内两相流动的环境特点,以热化学烧蚀三方程模型和扩散化学动力学双控制机制为基本数学模型,以炭化层表面孔隙率为耦合参数,并综合考虑气流和粒子的侵蚀效应,建立了绝热层多因素耦合烧蚀模型的控制方程。通过对控制方程的隐式求解和对绝热层温度分布以及烧蚀线、炭化线、热解线位置的综合分析,获得了两相环境下EPDM绝热层的理论炭化烧蚀率。所得烧蚀率与实验结果对比,误差小于10%,表明给出的烧蚀预估方法可用于固体火箭发动机两相环境下EPDM绝热层烧蚀工程分析。

关键词：两相流环境 EPDM绝热层多因素耦合烧蚀预估

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超声速内流道摩擦阻力分析及减阻技术研究

航空动力学报 2019年第4期34卷 908-919页

作者：王帅何国强秦飞魏祥庚西北工业大学航天学院燃烧热结构与内流场重点实验室西安710072

针对带有后向台阶的等截面受限空间,通过三维数值模拟开展了超声速内流道摩擦阻力分析及减阻技术研究。分析对比了飞行马赫数为5、6、6.5及7对应的燃烧室入口条件下相同质量氢气喷注、燃烧对壁面摩擦阻力的影响机制以及不同喷注压力对... 详细信息

针对带有后向台阶的等截面受限空间,通过三维数值模拟开展了超声速内流道摩擦阻力分析及减阻技术研究。分析对比了飞行马赫数为5、6、6.5及7对应的燃烧室入口条件下相同质量氢气喷注、燃烧对壁面摩擦阻力的影响机制以及不同喷注压力对喷孔下游壁面剪应力的影响。研究结果表明,同等质量的氢气,低速喷注优于高速喷注(507、50.7kPa喷注压力分别得到10%、5%左右的减阻效果)。近壁区燃烧得到接近70%的减阻效果;气流经过突扩结构之后,壁面剪应力呈现规律地不均匀变化,最大差异达100%;剪应力与密度变化趋势基本吻合。因此,发动机内流道减阻的关键在于营造近壁区低密度场;稳定、有效的减阻区域发生在靠后方的位置,但由于流动掺混、燃料的燃烧消耗,减阻效果沿流向逐渐减弱。

关键词：宽速域超声速内流道摩擦阻力边界层燃烧减阻

超声速非平衡电离磁流体流动控制试验和数值模拟

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航空学报 2017年第3期38卷 146-155页

作者：李益文樊昊张百灵王宇天段成铎高岭庄重何国强西北工业大学航天学院燃烧流动和热结构重点实验室西安710072 空军工程大学等离子体动力学实验室西安710038

为了开展磁流体(MHD)流动控制原理研究,建立了磁流体技术试验系统,采用电容耦合射频-直流组合放电对Ma=3.5气流进行电离,在磁场作用下产生顺/逆气流方向的洛伦兹力控制流场,采用试验段静压变化来监测磁流体流动控制效果,通过一维模型计... 详细信息

为了开展磁流体(MHD)流动控制原理研究,建立了磁流体技术试验系统,采用电容耦合射频-直流组合放电对Ma=3.5气流进行电离,在磁场作用下产生顺/逆气流方向的洛伦兹力控制流场,采用试验段静压变化来监测磁流体流动控制效果,通过一维模型计算磁流体流动控制过程中流场变化情况,分析磁流体流动控制效果;通过添加电磁源项的Navier-Stokes方程耦合电势泊松方程建立了二维磁流体动力模型,对磁流体流动控制进行数值模拟研究。主要结论如下:在磁场约束下,电容耦合射频-直流组合放电能够在Ma=3.5流场中产生大体积均匀电流,电导率约0.015S/m;在焦耳热和洛伦兹力作用下,磁流体加速时静压升高了130Pa,减速时静压升高了200Pa;磁流体流动控制过程中,仅有不足10%的能量在磁流体通道内发生了作用;数值模拟结果显示,在试验条件下,加速时静压升高了128Pa,减速时静压升高了208Pa,与试验结果基本吻合。

关键词：等离子体磁流体流动控制超声速非平衡电离电导率

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含石蜡燃料热分解特性研究

科学技术与工程 2013年第11期21卷 3209-3212,3220页

作者：胡松启王鹏飞刘凯官鹏西北工业大学燃烧流动和热结构国家级重点实验室西安710072

采用差示扫描量热法(DSC)和热重法(TGA)对HTPB燃料、石蜡及含石蜡燃料的热分解过程进行了分析。研究了石蜡含量、碳粉含量和不同升温速率对含石蜡燃料热分解过程的影响。实验结果表明:石蜡热分解过程可以分为低温分解阶段和高温分解阶... 详细信息

采用差示扫描量热法(DSC)和热重法(TGA)对HTPB燃料、石蜡及含石蜡燃料的热分解过程进行了分析。研究了石蜡含量、碳粉含量和不同升温速率对含石蜡燃料热分解过程的影响。实验结果表明:石蜡热分解过程可以分为低温分解阶段和高温分解阶段。含石蜡燃料的热分解主要分为四个阶段;随着石蜡含量的增加,样品的初始分解反应放热峰温和第三反应放热峰温不断提前,放热量不断增大,而对其第二分解放热峰和镁粉氧化放热峰基本无影响;随着升温速率的增大,含石蜡燃料各分解反应的放热峰温不断提高,第二、第三分解反应的放热量增大;计算出了4#含石蜡燃料的第一、第二、第三热分解反应的活化能E和指前因子A。

关键词：含石蜡燃料热分析HTPB 升温速率动力学参数

固体火箭发动机喷管内气粒两相流动的CFD-DSMC模拟

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固体火箭技术 2011年第6期34卷 707-710页

作者：吴限德张斌陈卫东夏广庆陈茂林哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院哈尔滨150080 西北工业大学燃烧流动和热结构国家级重点实验室西安710072 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室航空航天学院大连116024

气相采用Jameson中心差分格式和显式Runge-Kutta法求解可压缩的雷诺时均N-S方程,颗粒相采用DSMC方法描述,采用PSIC耦合算法模拟了JPL喷管中的气粒两相流动,得到了气相和颗粒相的参数分布规律。结果表明,流场中颗粒相含量越高,颗粒相对... 详细信息

气相采用Jameson中心差分格式和显式Runge-Kutta法求解可压缩的雷诺时均N-S方程,颗粒相采用DSMC方法描述,采用PSIC耦合算法模拟了JPL喷管中的气粒两相流动,得到了气相和颗粒相的参数分布规律。结果表明,流场中颗粒相含量越高,颗粒相对气相的阻碍和加热效应越显著,导致气相马赫数降低、温度升高;在相同颗粒含量的情况下,颗粒粒径越小,也能明显阻碍气相流动,同时对气相的加热效应也更显著;在颗粒确定性轨道模型计算下得到的无粒子区中,仍有少量非连续的颗粒存在。

关键词：固体火箭发动机喷管气粒两相流动 CFD DSMC