推进技术
2003年第24卷第5期文章目次
2003, 24(5):385-392.
摘要:
扼要介绍了电推进技术的发展历史,概述了不同形式(电热、电磁和静电三大类)电推力器的特点及应用情况,指出了为满足不同空间任务电推进的发展趋势;并根据我国的研究状况、存在的问题和差距,提出了加快发展我国电推进技术的意见。
扼要介绍了电推进技术的发展历史,概述了不同形式(电热、电磁和静电三大类)电推力器的特点及应用情况,指出了为满足不同空间任务电推进的发展趋势;并根据我国的研究状况、存在的问题和差距,提出了加快发展我国电推进技术的意见。
2003, 24(5):393-396,413.
摘要:
对幂律 线性化模型步进应力加速可靠性增长试验方案,给出了模型参数,加速系数及MTBF的极大似然估计,极大后验估计,Bayes估计及其计算方法,对这些方案给出了MonteCarlo模拟方法,并用数值例说明了这些方法。
对幂律 线性化模型步进应力加速可靠性增长试验方案,给出了模型参数,加速系数及MTBF的极大似然估计,极大后验估计,Bayes估计及其计算方法,对这些方案给出了MonteCarlo模拟方法,并用数值例说明了这些方法。
2003, 24(5):397-400.
摘要:
阐述了近年来战术导弹固体发动机长寿命、免维修技术研究领域的一些进展;并根据最近的研究动态和相关技术的发展,展望了这一研究领域未来的发展趋势。
阐述了近年来战术导弹固体发动机长寿命、免维修技术研究领域的一些进展;并根据最近的研究动态和相关技术的发展,展望了这一研究领域未来的发展趋势。
2003, 24(5):401-405.
摘要:
为对发动机研制过程中多种试验方案进行仿真预示和对发动机进行结构优化,研究了液体火箭发动机系统瞬变过程模块化建模与仿真方法。提出了流体管道系统的管道 体积模块化分解方法,将组成发动机系统的典型元部件划分为21个模块,并建立了仿真数学模型。提出了一种描述模块元件及其连接关系的系统组态矩阵,以及模块的组合连接方法和组合系统的仿真计算方法。在此基础上,研制了分级燃烧循环液氧 液氢发动机系统瞬变过程的模块化建模与仿真软件(LRETMMSS),建立了某型号液氧 液氢补燃发动机的半系统试验的仿真计算模型,进行了仿真计算,计算结果与实验数据吻合。
为对发动机研制过程中多种试验方案进行仿真预示和对发动机进行结构优化,研究了液体火箭发动机系统瞬变过程模块化建模与仿真方法。提出了流体管道系统的管道 体积模块化分解方法,将组成发动机系统的典型元部件划分为21个模块,并建立了仿真数学模型。提出了一种描述模块元件及其连接关系的系统组态矩阵,以及模块的组合连接方法和组合系统的仿真计算方法。在此基础上,研制了分级燃烧循环液氧 液氢发动机系统瞬变过程的模块化建模与仿真软件(LRETMMSS),建立了某型号液氧 液氢补燃发动机的半系统试验的仿真计算模型,进行了仿真计算,计算结果与实验数据吻合。
2003, 24(5):406-409.
摘要:
通过对发动机组件进行参数化设计和分析,利用系统平衡条件,设计出不同方案下的三组元液体火箭发动机。结果表明:当室压低于12 7MPa时,应当采用氢氧富燃燃气发生器循环;高于该值时,应采用分级燃烧循环,为进一步研制三组元液体火箭发动机原理样机奠定了基础。
通过对发动机组件进行参数化设计和分析,利用系统平衡条件,设计出不同方案下的三组元液体火箭发动机。结果表明:当室压低于12 7MPa时,应当采用氢氧富燃燃气发生器循环;高于该值时,应采用分级燃烧循环,为进一步研制三组元液体火箭发动机原理样机奠定了基础。
2003, 24(5):410-413.
摘要:
固体火箭武器燃气射流的近场区域存在有复杂的波系,膨胀波、压缩波的混合作用是机 弹、弹 舰相容性研究的重要内容,复杂波系压力、温度场的分布是燃气射流动力冲击和热冲击作用的直接因素。因为这一区域流动的复杂性,使得实验研究非常困难。为此应用数值分析的方法,研究了固体火箭高度欠膨胀燃气射流流场起始冲击波、近场波系的形成及发展。计算结果揭示了近场区域的一些特性,与文献提供的数据较为吻合,为工程应用提供了帮助。
固体火箭武器燃气射流的近场区域存在有复杂的波系,膨胀波、压缩波的混合作用是机 弹、弹 舰相容性研究的重要内容,复杂波系压力、温度场的分布是燃气射流动力冲击和热冲击作用的直接因素。因为这一区域流动的复杂性,使得实验研究非常困难。为此应用数值分析的方法,研究了固体火箭高度欠膨胀燃气射流流场起始冲击波、近场波系的形成及发展。计算结果揭示了近场区域的一些特性,与文献提供的数据较为吻合,为工程应用提供了帮助。
2003, 24(5):414-416,420.
摘要:
引入支持矢量机和多元分类算法到航空发动机故障诊断当中。通过设计的多元分类支持矢量机构建了小样本多参数航空发动机故障智能诊断模型,然后通过发动机故障仿真器对典型发动机气路故障进行了诊断。结果表明,支持矢量机具有优秀的故障学习能力,采用它进行航空发动机故障诊断是可行、有效的。
引入支持矢量机和多元分类算法到航空发动机故障诊断当中。通过设计的多元分类支持矢量机构建了小样本多参数航空发动机故障智能诊断模型,然后通过发动机故障仿真器对典型发动机气路故障进行了诊断。结果表明,支持矢量机具有优秀的故障学习能力,采用它进行航空发动机故障诊断是可行、有效的。
2003, 24(5):417-420.
摘要:
从二维轴对称Euler方程出发,应用隐式有限体积TVD格式和分区技术数值模拟来流马赫数Ma=2 0,攻角α=0°时超声速绕流与底排装置空腔内的火箭燃气流相互干扰的复杂流场,计算得到了清晰的流场波系结构,包括底排装置空腔中的激波,火箭燃气流在底排装置空腔外底部与外来绕流作用后形成的相交激波、反射激波等,其结果可为底排火箭复合增程弹丸的结构设计和气动特性研究提供理论依据。
从二维轴对称Euler方程出发,应用隐式有限体积TVD格式和分区技术数值模拟来流马赫数Ma=2 0,攻角α=0°时超声速绕流与底排装置空腔内的火箭燃气流相互干扰的复杂流场,计算得到了清晰的流场波系结构,包括底排装置空腔中的激波,火箭燃气流在底排装置空腔外底部与外来绕流作用后形成的相交激波、反射激波等,其结果可为底排火箭复合增程弹丸的结构设计和气动特性研究提供理论依据。
2003, 24(5):421-424.
摘要:
采用有限体积法计算了轴对称矢量喷管三维粘性流场,通过改进人工粘性及其边界条件提高了计算的收敛性和数值模拟的精度。利用数值模拟研究了矢量喷管的分离流动对矢量推进性能的影响,通过同实验结果对比,验证了数值模拟的精度。研究表明,分离流动对矢量喷管的性能参数尤其是有效矢量角具有较大影响。
采用有限体积法计算了轴对称矢量喷管三维粘性流场,通过改进人工粘性及其边界条件提高了计算的收敛性和数值模拟的精度。利用数值模拟研究了矢量喷管的分离流动对矢量推进性能的影响,通过同实验结果对比,验证了数值模拟的精度。研究表明,分离流动对矢量喷管的性能参数尤其是有效矢量角具有较大影响。
2003, 24(5):425-428.
摘要:
在吸气式风洞上对两种不同内部流动结构的单层多孔层板进行了流阻实验,采用沿程阻力关系式得出了其流阻特性。应用软件FLUENT,采用隐式有限体积法求解Navier Stokes雷诺时均湍流方程,对层板冷却结构的内部流动进行了数值模拟,湍流模型采用Realizablek ε双方程模型,近壁处湍流利用壁面函数法处理,采用SIM PLE算法求解速度与压力的耦合。计算表明,层板内部流场结构十分复杂,射流冲击后在扰流柱前反卷形成驻涡。层板结构内部存在流速很低的区域。计算得出的流阻特性与实验结果进行了比较,两者符合较好。
在吸气式风洞上对两种不同内部流动结构的单层多孔层板进行了流阻实验,采用沿程阻力关系式得出了其流阻特性。应用软件FLUENT,采用隐式有限体积法求解Navier Stokes雷诺时均湍流方程,对层板冷却结构的内部流动进行了数值模拟,湍流模型采用Realizablek ε双方程模型,近壁处湍流利用壁面函数法处理,采用SIM PLE算法求解速度与压力的耦合。计算表明,层板内部流场结构十分复杂,射流冲击后在扰流柱前反卷形成驻涡。层板结构内部存在流速很低的区域。计算得出的流阻特性与实验结果进行了比较,两者符合较好。
2003, 24(5):429-431.
摘要:
根据航空发动机在相似坐标系中特性不变的特点,提出一种基于相似理论的航空发动机转速自适应PID控制。该方案采用衰减曲线法进行换算PID参数整定,获得自适应调节律。仿真结果表明控制器具有良好的动静态性能,自适应性和鲁棒性。所得参数变化规律对数控系统全包线内PID控制器的参数选择具有一定的指导意义。
根据航空发动机在相似坐标系中特性不变的特点,提出一种基于相似理论的航空发动机转速自适应PID控制。该方案采用衰减曲线法进行换算PID参数整定,获得自适应调节律。仿真结果表明控制器具有良好的动静态性能,自适应性和鲁棒性。所得参数变化规律对数控系统全包线内PID控制器的参数选择具有一定的指导意义。
2003, 24(5):432-435.
摘要:
给出了考虑干摩擦力的某供油调节器的动态数学模型,分析了干摩擦力对供油调节器特性的影响。研究了由于摩擦力引起的参数变化,找出了油针正负向速度这一既反映干摩擦力大小又直接影响系统特性的参数。对从实际数据中分离出的反映油针正负向移动的序列,采用波形匹配的最小二乘拟合算法,得出油针正负向速度。经过理论计算和实验数据分析,验证了此方法的可行性。
给出了考虑干摩擦力的某供油调节器的动态数学模型,分析了干摩擦力对供油调节器特性的影响。研究了由于摩擦力引起的参数变化,找出了油针正负向速度这一既反映干摩擦力大小又直接影响系统特性的参数。对从实际数据中分离出的反映油针正负向移动的序列,采用波形匹配的最小二乘拟合算法,得出油针正负向速度。经过理论计算和实验数据分析,验证了此方法的可行性。
2003, 24(5):436-439.
摘要:
提出一种壁面正交、尾迹区网格节点分布逐渐均匀化叶栅通道网格生成方法。为了研究壁面处网格正交性对数值计算结果的影响,推导出壁面附近流动参数一阶导数离散误差与网格线交角的数学关系。采用N S方程分别对平板紊流附面层流和叶栅通道流进行计算分析。结果表明:壁面处网格正交性对附面层内流动计算预测精度影响较大,而对势流区流动影响很小;尾迹区切向网格节点逐渐均匀化分布能更准确计算尾迹区流动。
提出一种壁面正交、尾迹区网格节点分布逐渐均匀化叶栅通道网格生成方法。为了研究壁面处网格正交性对数值计算结果的影响,推导出壁面附近流动参数一阶导数离散误差与网格线交角的数学关系。采用N S方程分别对平板紊流附面层流和叶栅通道流进行计算分析。结果表明:壁面处网格正交性对附面层内流动计算预测精度影响较大,而对势流区流动影响很小;尾迹区切向网格节点逐渐均匀化分布能更准确计算尾迹区流动。
2003, 24(5):440-443.
摘要:
用五孔探针对小长径比、进出口倒角后的直孔内的流场情况进行了详细的测量,着重研究不同速比和雷诺数对孔内流动规律的影响。实验结果表明:速比的变化会显著改变孔内的流场结构,从而影响孔的流量系数;而同一速比下,雷诺数变化的影响则相对较小。在孔壁附近存在着气流的反卷现象,该结果有助于深入了解气膜冷却的内在机理。
用五孔探针对小长径比、进出口倒角后的直孔内的流场情况进行了详细的测量,着重研究不同速比和雷诺数对孔内流动规律的影响。实验结果表明:速比的变化会显著改变孔内的流场结构,从而影响孔的流量系数;而同一速比下,雷诺数变化的影响则相对较小。在孔壁附近存在着气流的反卷现象,该结果有助于深入了解气膜冷却的内在机理。
2003, 24(5):444-447.
摘要:
为了在空气流速很高的航空发动机外涵道中使用管式空 空换热器,用实验的方法研究了高流速时考虑压缩效应影响的椭圆管束和圆管束的流动阻力特性,并对二者进行了对比。结果表明:相同几何排列情况下,两种管束的阻力系数随雷诺数的变化趋势大体相同;但椭圆管束的阻力系数明显低于圆管的阻力系数。在实际使用中应首选椭圆管束结构形式。
为了在空气流速很高的航空发动机外涵道中使用管式空 空换热器,用实验的方法研究了高流速时考虑压缩效应影响的椭圆管束和圆管束的流动阻力特性,并对二者进行了对比。结果表明:相同几何排列情况下,两种管束的阻力系数随雷诺数的变化趋势大体相同;但椭圆管束的阻力系数明显低于圆管的阻力系数。在实际使用中应首选椭圆管束结构形式。
2003, 24(5):448-451.
摘要:
针对采用液体推进剂的空间推进系统,提出了一种基于图论和面向对象技术的通用数值仿真方法,该方法适用于空间推进系统各种形式设计方案的检验及推进系统静态工作过程的仿真研究。应用此方法开发的软件对某空间推进系统进行了静态特性的仿真,获得良好效果,显示了很好的通用性。
针对采用液体推进剂的空间推进系统,提出了一种基于图论和面向对象技术的通用数值仿真方法,该方法适用于空间推进系统各种形式设计方案的检验及推进系统静态工作过程的仿真研究。应用此方法开发的软件对某空间推进系统进行了静态特性的仿真,获得良好效果,显示了很好的通用性。
2003, 24(5):452-455.
摘要:
为研究同轴式喷嘴缩进深度对喷嘴流量和燃烧性能的影响,研究了缩进区内的流动、蒸发和燃烧过程,并建立了理论分析模型。对某同轴式喷嘴的计算表明,计算结果与热试数据相吻合。喷嘴缩进区内液氧蒸发量不超过1 5%。但缩进深度将引入不可忽略的缩进压力损失(本算例混合比为1时,缩进压力损失约为0 6MPa),并导致喷嘴流量特性发生变化:氢氧喷嘴流量系数随缩进深度增大而减小;氢喷嘴流量系数随混合比增大而减小,氧喷嘴流量系数则反之。缩进区能显著改善气液速度比和动量比,因而有利于雾化、混合和燃烧效率的提高。
为研究同轴式喷嘴缩进深度对喷嘴流量和燃烧性能的影响,研究了缩进区内的流动、蒸发和燃烧过程,并建立了理论分析模型。对某同轴式喷嘴的计算表明,计算结果与热试数据相吻合。喷嘴缩进区内液氧蒸发量不超过1 5%。但缩进深度将引入不可忽略的缩进压力损失(本算例混合比为1时,缩进压力损失约为0 6MPa),并导致喷嘴流量特性发生变化:氢氧喷嘴流量系数随缩进深度增大而减小;氢喷嘴流量系数随混合比增大而减小,氧喷嘴流量系数则反之。缩进区能显著改善气液速度比和动量比,因而有利于雾化、混合和燃烧效率的提高。
2003, 24(5):456-459.
摘要:
高温升(ΔT=1150K)燃烧室的头部采用三级涡流器与单油路预膜气动雾化喷嘴相互匹配。为了分析二者对改善贫油熄火稳定性的最佳匹配,对8组三级涡流器的流量分配和出口角旋向组合不同的匹配方案进行了试验研究。结果表明:三级涡流器的流量分配对贫油熄火有一定影响;而出口角旋向组合则对其影响显著,且最佳旋向组合为第一级右旋45°—第二级左旋40°—第三级左旋40°。此外,最佳匹配方案的贫油熄火稳定性优于基准方案。
高温升(ΔT=1150K)燃烧室的头部采用三级涡流器与单油路预膜气动雾化喷嘴相互匹配。为了分析二者对改善贫油熄火稳定性的最佳匹配,对8组三级涡流器的流量分配和出口角旋向组合不同的匹配方案进行了试验研究。结果表明:三级涡流器的流量分配对贫油熄火有一定影响;而出口角旋向组合则对其影响显著,且最佳旋向组合为第一级右旋45°—第二级左旋40°—第三级左旋40°。此外,最佳匹配方案的贫油熄火稳定性优于基准方案。
2003, 24(5):460-463.
摘要:
分别用线性升温条件下的热失重、差示扫描量热实验以及恒温热失重实验等方法,研究了γ射线辐射法制备的纳米镍粉对高氯酸铵热分解性能的影响。结果显示,对于高氯酸铵的热分解,纳米镍粉有较超细镍粉更强的促进作用;纳米镍粉提高了高氯酸铵的低温分解速率,降低了高温分解峰温。基于4个不同升温速率下的热失重实验数据,计算了高氯酸铵以及高氯酸铵与纳米镍粉的混合物热分解的表观活化能,结果显示纳米镍粉降低了高氯酸铵热分解的表观活化能。提出了纳米镍粉促进高氯酸铵热分解的催化作用以及去抑制作用。
分别用线性升温条件下的热失重、差示扫描量热实验以及恒温热失重实验等方法,研究了γ射线辐射法制备的纳米镍粉对高氯酸铵热分解性能的影响。结果显示,对于高氯酸铵的热分解,纳米镍粉有较超细镍粉更强的促进作用;纳米镍粉提高了高氯酸铵的低温分解速率,降低了高温分解峰温。基于4个不同升温速率下的热失重实验数据,计算了高氯酸铵以及高氯酸铵与纳米镍粉的混合物热分解的表观活化能,结果显示纳米镍粉降低了高氯酸铵热分解的表观活化能。提出了纳米镍粉促进高氯酸铵热分解的催化作用以及去抑制作用。
2003, 24(5):464-466.
摘要:
为深入了解二硝酰胺铵(ADN)的热分解,为该氧化剂在推进剂中应用提供必要的技术保障和实验依据,采用热重分析法(TG)及差示扫描量热法(DSC),实验研究了氮气流量、合成中间体烷基羰基N—硝酰胺铵(AUN)及硝酸铵(AN)对ADN热分解过程的影响,并利用model freeisoconversional方法模拟ADN热分解过程的活化能曲线。结果表明:氮气流量和硝酸铵(AN)对ADN的热分解过程有显著影响,而AUN可使ADN热分解曲线产生肩峰,但基本不影响ADN的热分解过程。
为深入了解二硝酰胺铵(ADN)的热分解,为该氧化剂在推进剂中应用提供必要的技术保障和实验依据,采用热重分析法(TG)及差示扫描量热法(DSC),实验研究了氮气流量、合成中间体烷基羰基N—硝酰胺铵(AUN)及硝酸铵(AN)对ADN热分解过程的影响,并利用model freeisoconversional方法模拟ADN热分解过程的活化能曲线。结果表明:氮气流量和硝酸铵(AN)对ADN的热分解过程有显著影响,而AUN可使ADN热分解曲线产生肩峰,但基本不影响ADN的热分解过程。
2003, 24(5):467-469.
摘要:
用四种不同量AP包覆的硼粉,对硼含量达30%的富燃推进剂实验配方中的药浆流变特性进行了研究,结果表明:20%AP包覆硼粉的含硼富燃固体推进剂药浆的流变性与另三种硼粉的明显不同———近6h粘度为2 2kPa·s,屈服值在300Pa以下,表明其药浆流平性好并可满足浇铸要求。20%AP包覆硼的合适包覆量、包覆完整的表面性质及近似球型粒子的形状决定了其药浆的流变特性最优。
用四种不同量AP包覆的硼粉,对硼含量达30%的富燃推进剂实验配方中的药浆流变特性进行了研究,结果表明:20%AP包覆硼粉的含硼富燃固体推进剂药浆的流变性与另三种硼粉的明显不同———近6h粘度为2 2kPa·s,屈服值在300Pa以下,表明其药浆流平性好并可满足浇铸要求。20%AP包覆硼的合适包覆量、包覆完整的表面性质及近似球型粒子的形状决定了其药浆的流变特性最优。
2003, 24(5):470-473.
摘要:
采用扫描电镜(SEM),X射线光电子能谱(XPS)和显微红外光谱(MIR)技术,实验研究了树形键合剂(DBA)对RDX晶体的包覆性能及其界面相互作用机理。结果表明,树形键合剂可以在RDX表面形成一层粘流状的吸附层,具有良好的包覆性能,显微红外光谱的数据也表明了键合剂与RDX的NO2基团形成氢键,从而证实了DBA作为RDX键合剂的有效性。
采用扫描电镜(SEM),X射线光电子能谱(XPS)和显微红外光谱(MIR)技术,实验研究了树形键合剂(DBA)对RDX晶体的包覆性能及其界面相互作用机理。结果表明,树形键合剂可以在RDX表面形成一层粘流状的吸附层,具有良好的包覆性能,显微红外光谱的数据也表明了键合剂与RDX的NO2基团形成氢键,从而证实了DBA作为RDX键合剂的有效性。
2003, 24(5):474-477.
摘要:
采用NURBS方法生成了转子叶片的表面模型,并对其进行了延伸和裁剪,将叶片模型和转子的二次表面模型组合,得到转子锻件和模具镶块的表面模型。以此为基础设计了一套组合式模具,模具的凹模由23块镶块组合而成。最后采用等温锻造的方法成形转子锻件,模具和坯料的加热温度均为430℃。经检测,转子锻件的尺寸精度及组织性能均符合设计要求。
采用NURBS方法生成了转子叶片的表面模型,并对其进行了延伸和裁剪,将叶片模型和转子的二次表面模型组合,得到转子锻件和模具镶块的表面模型。以此为基础设计了一套组合式模具,模具的凹模由23块镶块组合而成。最后采用等温锻造的方法成形转子锻件,模具和坯料的加热温度均为430℃。经检测,转子锻件的尺寸精度及组织性能均符合设计要求。
2003, 24(5):478-480.
摘要:
为解决淬火状态下30Cr3超高强度钢在真空电子束焊接时易产生冷裂纹、过热区脆化及热影响区软化等问题,在对材料性能分析的基础上,采取了提高真空度、提高加速电压、焊前预热、选择合适的焊接速度以及焊后回火处理等措施。结果表明,金相分析未发现缺陷,试样断口为塑性断裂,试片焊缝强度系数达0 96,产品爆破压力pb>27MPa。证明该方法可满足设计要求的焊接接头,为固体火箭发动机壳体的生产提供了新的工艺方法。
为解决淬火状态下30Cr3超高强度钢在真空电子束焊接时易产生冷裂纹、过热区脆化及热影响区软化等问题,在对材料性能分析的基础上,采取了提高真空度、提高加速电压、焊前预热、选择合适的焊接速度以及焊后回火处理等措施。结果表明,金相分析未发现缺陷,试样断口为塑性断裂,试片焊缝强度系数达0 96,产品爆破压力pb>27MPa。证明该方法可满足设计要求的焊接接头,为固体火箭发动机壳体的生产提供了新的工艺方法。
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