并行处理方法在液体火箭发动机三维数值模拟中的应用

本文采用预测校正的 Ｍ ａｃ Ｃｏｒｍ ａｃｋ 格式对液体火箭发动机内的复杂三维流场进行了数值模拟,并在 Ｐ Ｖ Ｍ 的微机网络机群环境下实现了并行计算。从测试结果可以看出, 并行与分布处理技术在液体火箭发动机复杂内流场的数值模拟方面能发挥重要作用。     

三维超声速隔离段湍流内流场旋涡结构的数值模拟

从基于雷诺平均的N S方程出发 ,采用有限体积方法离散控制方程 ,数值模拟了三维超声速隔离段湍流内流场。计算中采用了二阶OC TVD差分格式、LU隐式算法和Baldwin Lomax代数湍流模型。数值结果与实验做了对比 ,并结合隔离段中的激波串结构分析了其横截面上旋涡结构的发展过程及不同外形条件下旋涡的不同结构。计算结果表明采用本文发展的方法模拟隔离段湍流流场是可行的 ,截面为正方形与长方形的隔离段内的涡旋结构截然不同     

塞式喷管高度特性的 CFD 研究

采用NND2M差分格式 ,从考虑k-ε湍流模型的理想气体三维薄层近似NS方程出发 ,对塞式喷管内外流场以及比冲随高度变化特性进行了数值研究 ,得到了较为准确的结果。计算表明 ,塞式喷管的低空性能明显优于传统喷管 ,NND2M差分格式及相应计算软件适合于模拟复杂喷流流场 ,可用于塞式喷管发动机的研究中。     

跨声速母弹空腔流的数值模拟

将ＳＬＩＰ格式和ＬＵ－ＳＳＯＲ隐式迭代方法结合，数值模拟了尖头母弹在开舱前后的跨声速定常流场。采用修正的Ｂ－Ｌ湍流模型，用轴对称Ｎ－Ｓ方程求解零攻角时母弹在Ｍａｃｈ数０．９４～０．９８ 的临界气动特性和空腔流特性。开舱前母弹计算结果与实验以及Ｓａｈｕ 的结果能够很好吻合， 开舱后空腔流的计算结果也给出了合理的理论分析。     

固体火箭发动机二次喷射控制矢量喷管流场仿真

采用基于Favre平均的三维N-S方程和k-ε湍流模型对固体火箭发动机二次喷射推力矢量喷管复杂干扰内流场进行数值模拟。空间上采用三阶精度差分格式进行求解,时间上采用隐式Jacobi点迭代方法进行迭代推进,直至流场收敛。数值模拟得到矢量喷管二次射流的激波系结构,以及复杂的主/次流干扰流动图像。二次喷射流场包含复杂的涡系结构和波系结构,还存在着边界层与激波的相互干扰、自由剪切层、激波、膨胀波和大尺寸分离。数值模拟还表明,高温燃气射流导致喷射孔附近喷管壁面处的温度相当高,需采取相应的热防护措施。     

带横向射流的绕后台阶超音速外流场的数值模拟

将一股射流喷入超音速外流是飞行器飞行控制的常用方法。本文通过应用MacCormack 显格式和Ba(?)dwin-Lomax 代数湍流模型求解二维可压缩的RANS 方程,对带横向射流的绕后台阶的超音速外流场进行了数值模拟,并给出了流场的速度向量图、等压线图和等马赫线图。与无喷射的情形相比,台阶底部压力增加了一倍左右。     

粘性对高超声速飞行器攻角特性影响研究

采用二维耦合隐式NS方程和标准κ-ε湍流模型对高超声速飞行器在进气道关闭、发动机通流以及发动机点火工作状态下的内外流场进行了数值仿真研究,离散采用二阶迎风格式,分析了在不同攻角(-10°～7°)条件下,粘性对处于三种不同的工作状态下高超声速飞行器升力特性、阻力特性以及俯仰力矩特性的影响.结果表明,粘性对处于发动机通流和发动机点火工作状态下的飞行器气动-推进性能影响显著,尤其是阻力特性,粘性阻力占总阻力的比重超过50%.     

N.S.方程差分格式研究(一)

本文是数值解可压流N.S.方程差分格式研究的第一部分.用显式MacCormack格式和隐式Briley-McDonald格式解拟一维粘性喷管流场,进行了数值实验;分析时间相关法解守恒型N.S.方程时数值边界条件近似处理方法及其对解的影响,并对守恒方程的特点等问题作了探讨,也对显、隐格式的计算作了对比.所得的结论对于用显式或隐式差分格式解实际流动问题时,会有一定的指导作用.     

燃烧室-喷管流场数值解

本文用时间相关法计算了固体火箭发动机燃烧室─喷管亚跨声速流场数值解,控制方程用ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ二步显格式：边界点参数用物理边界条件和参考平面上的特征方程计算。计算表明,达到收敛的数值积分步数比纯喷管的跨声速计算要多得多。虽然喷管壁上和轴线上的马赫数分布与纯喷管计算类似,但喷管中的等马赫线分布与纯喷管计算的结果［３］相差较远。     

超燃冲压发动机燃烧室燃料喷注及其内流场的数值模拟

基于三维N-S方程,利用有限差分数值离散方法,对考虑了燃料喷注和凹腔结构综合影响的某超燃冲压发动机燃烧室模型的内流场进行了数值模拟,与实验流动图谱进行了定性比较,并进一步探讨了燃料喷注过程的非定常特性以及凹腔结构对流动的影响。研究表明:本文数值模拟的稳态时刻流场与实验流动图谱相似;数值结果捕捉到了横向喷注燃料沿下游运动并向凹腔扩散的非定常动态变化的规律。     

交叉激波湍流边界层干扰问题数值模拟

基于BANS方程,采用有限体积法离散计算区域,对流项使用Harten TVD格式进行流场求解,湍流部分应用Menter SST两方程湍流模型,建立了隐式LU-SGS方法的三维CFD计算程序,数值模拟了来流马赫数4.96条件下的18°×18°对称双楔产生的交叉激波/湍流边界层干扰问题,计算了不同剖面沿展向压强分布以及流场的详细结构,并将计算结果与相关文献的实验与计算结果进行了比较.     

助推器分离过程动态流场数值模拟

利用三维N-S方程,采用NND2M有限差分格式作为数值离散方法,对助推器与上面级分离过程的动态流场进行了数值模拟,分析了反作用推力火箭发动机的喷流对上面级弹体底部轴向作用力的影响。根据计算得到的变化规律发现,在分离距离较小的情况下,反推火箭喷流对上面级弹体的干扰作用明显,产生较大轴向作用力,对于上面级飞行稳定性有影响。     

基于非线性动力学的液体火箭发动机高频不稳定燃烧过程

采用非线性动力学方法对液体火箭发动机非线性高频燃烧不稳定工作过程进行了研究。气相控制方程组用欧拉坐标系下的Navier Stokes方程组描述,液相控制方程组在Lagrangian坐标系下进行描述,气、液两相作用通过方程组的源项互相耦合。用高压蒸发理论对火箭发动机喷雾过程进行了描述。采用计算燃烧学的方法对发动机燃烧室内的湍流两相燃烧过程的稳定燃烧状态和高频不稳定燃烧现象进行了数值模拟。通过分析和讨论,得出了火箭发动机高频不稳定燃烧过程的波动过程类似于奇异吸引子的结论。     

材料性能对固体发动机结构完整性的影响

基于描述粘弹性材料特性的Burgers模型的本构关系以及基于该本构关系下的有限元方法 ,根据温度载荷和内压载荷的特点 ,分别建立了分析某固体发动机材料性能参数对结构完整性影响的有限元模型。应用MSC/NAS TRAN结构分析软件 ,详细分析了在温度和内压载荷作用下固体发动机材料性能参数对结构完整性的影响。在温度载荷的作用下 ,主要影响结构完整性的是推进剂的泊松比与热膨胀系数 ;在内压载荷作用下 ,主要影响结构完整性的是包覆层和推进剂的泊松比以及推进剂的初始模量。所得的结论可为固体发动机的生产设计提供参考     

再入飞行器高超声速三维粘性流场的数值模拟

用数值方法研究大钝头倒锥体再入飞行器高超车速完全气体有攻角绕流的流场特性。控制方程为完全气体三维Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程,数值方法采用激波捕捉的ＮＮＤ隐式算法,计算区域为含底部的全流场。文中给出了流场特性和气功力系数,并与实验结果进行了对比。     

三维实验固体火箭冲压发动机燃烧室湍流反应流数值模拟

在对固体火箭冲压发动机的研究中 ,建立合适的数学模型对其内部工作过程进行模拟是冲压发动机设计和试验的重要环节。本文在三维湍流反应流情况下 ,对某实验固体火箭冲压发动机建立了数学模型并进行数值求解 ,得出了一些有用的结论 ,为冲压发动机的设计和实验提供了有用的理论研究基础     

微小型固体火箭发动机点火特性试验

设计了一种适用于某微小型固体火箭发动机的点火器 ,对某微小型固体火箭发动机的点火特性进行了大量试验研究 ,引入了初始点火压强的概念 ,找出了影响点火延迟时间散布的主要规律 ,确定了能满足微小型固体火箭发动机点火性能的点火方案     

液体火箭发动机碳/碳复合材料喷管烧蚀分析

对液体火箭发动机碳／碳复合材料喷管的烧蚀过程进行研究。理论模型包括固相和气相守恒方程。气相湍流反应边界层流动应用质量加权平均控制方程分析，喷管壁温分布由非稳态传热方程进行数值计算获得。分析了推进剂混合比、液膜冷却量、燃烧室压力、壁面材料的密度对烧蚀速率的影响。     

某型底排-火箭串联式复合增程弹发动机最佳点火时间研究

针对底排-火箭串联式复合增程弹火箭发动机点火时间进行外弹道优化研究,分析底排装置对火箭发动机工作特性的影响,研究火箭发动机不同点火时间对全弹射程的影响,确定火箭发动机的最佳点火时间.