液体火箭发动机烧蚀冷却推力室烧蚀参数及性能损失的计算

随着航天技术的发展,烧蚀冷却技术在空间化学小推力液体火箭发动机上得到了广泛的应用.对于烧蚀冷却的推力室必须解决以下诸问题:a.材料中温度的计算,b.材料烧蚀速率的计算,c.材料侵蚀速率的计算,d.烧蚀冷却对发动机比冲的影响. 本文的目的在于介绍我们对上述四个问题所做的一些工作.由于问题本身的复杂性,以上诸问题的精确答案是难以得到的.我们只是通过近似的理论分析以及大量实验数据的归纳提出了近似的、经验的、估算性的结果,以供设计类似条件下的烧蚀冷却推力室参考.     

液体火箭发动机推力室烧蚀冷却的近似计算及初步的实验研究

一、概述就目前来说,火箭发动机推力室所采用的烧蚀冷却材料,归纳起来有三种类型:<1>表面烧蚀型——本型的典型材料如石墨。这种材料的烧蚀过程发生在材料与燃气的交界上。当材料的壁面温度达到材料的升华温度(如石墨为3600℃)时,材料就开始烧蚀(升华)。燃气与材料的界面随着时间的延长逐渐向材料的内部移动。材料经烧蚀后不遗留任何残留物。因为烧蚀过程始终发生在燃气与材料的界面上,所以称这类材料为     

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。     

气氧/煤油发动机水冷推力室壁热分析

针对气氧／煤油地面试验发动机的热防护问题，采用非定常三维壁温分布模型为主体的分析模型，对槽道式水冷推力室壁温特性进行了计算分析。燃气流与冷却水流采用一维流动模型计算。应用有限差分方法确定了燃气与室壁的换热热流、推力室壁温分布，给出了壁温随时间变化的规律，讨论了冷却水流量对壁温的影响。     

液体火箭发动机推力室辐射冷却的理论计算及主要设计参数对平衡热流强和平衡室壁温度的影响

本文介绍了一种计算辐射冷却的理论方法。该方法适合在电子计算机上进行计算。利用本文介绍的计算方法,进行了大量的计算,得出了理论计算曲线。从设计液体火箭发动机辐射冷却推力室的角度分析了主要设计参数,如余氧系数、燃烧室压力、室壁厚度以及外涂层黑度等对平衡热流强和平衡温度的影响。提出了如何选择这些参数的建议。     

辐射冷却推力室的比冲损失计算

由于外壁面的高温(1600K～1900K)条件,辐射冷却的推力室向外散失大量的热量。这一热量的散失,必然引起发动机比冲的损失。到目前为止,尚未看到这方面的计算方法。本文通过分析建立了计算内冷却(即有膜冷却)条件下的内部过程和考虑辐射热的外部过程所引起的比冲损失的公式。这些公式可在设计计算和性能估算时使用。     

小推力液体火箭发动机燃烧与传热数值仿真研究

针对边区液膜冷却型小推力液体火箭发动机,引入VOF模型模拟冷却液膜,使用数值仿真手段计算了发动机推力室突扩构型对燃烧效率与传热特性的影响.对比可见计算结果是可靠的,计算表明无量纲台阶高度H*从0.111增加到0.222,燃烧效率增加0.35个百分点、燃烧效率随无量纲台阶长度L*增加变化较小、另外传热特性受H*与L*的影响都不大.这表明在扩张型推力室中,燃烧效率下降的主要原因是壁面附近的气态MMH无法与氧化剂有效混合.     

太阳能热推力器二次聚光器再生冷却过程

为克服太阳能热推力器折射式二次聚光器容易破裂的缺点,本文采用再生冷却技术,对二次聚光器与推力室进行了一体化设计,并对该过程进行了流动与传热仿真。仿真结果表明,该设计可有效地降低聚光器的工作温度至1600K以下,热应力分析表明可有效降低其破裂的可能性。同时该设计可预热推进剂至500K以上,提高了系统的能量利用效率。通过进一步对吸收腔内的热辐射分析发现,工质流动对吸收腔壁温影响较小,吸收腔壁面仍然可以维持2400-2600K的高温。     

有关烧蚀复合材料某些热分解参数的实验研究

本文对高硅氧—酚醛树脂模压材料和石棉—酚醛树脂模压材料(5-Ⅱ~#)进行了实验研究,确定了材料开始分解的温度和分解结束的温度,分解过程中材料密度的变化以及材料的相对分解速率函数等。为了便于电子计算机计算,用最小二乘法将密度和相对分解速率函数拟合成一些近似公式。文章中提供的数据及公式可以作为进行材料烧蚀计算的根据。     

三维石英纤维增强氮化物基复合材料的烧蚀性能及显微结构

采用先驱体转化法制备了三维石英纤维增强氮化物基复合材料(3D SiO2f/Si3N4-BN),用等离子射流烧蚀方法研究了复合材料的烧蚀性能,运用扫描电镜及能谱仪对烧蚀表面微观形貌进行了观察和分析。结果表明氮化物基复合材料在高压高热流等离子体烧蚀下线烧蚀率为0.91mm/s,石英纤维熔融并被吹除带走了大量的热量,熔融层抑制了基体的机械剥蚀。基体由于强度高、升华温度高,延缓了熔融层的吹除,表明氮化物基复合材料是一种良好的耐高温烧蚀透波材料。     

超声波金属熔体处理机强迫风冷问题的数值模拟

针对超声波金属熔体处理机因高温金属熔体的传热而产生的温度快速升高问题,采用ANSYS/FLOTRAN CFD对处理机进行了流场和温度场耦合分析,得到了不同冷却气流量下的换能器温度分布。同时,采用流-固/热耦合共轭传热问题求解方法得到了冷却腔内流固界面的对流换热系数,避免了试验测试的困难,为超声波金属熔体处理机的散热和冷却提供了设计依据。     

低散热柴油机研究综述

低散热柴油机是对燃烧室等主要受热零部件采取隔热措施处理的发动机。发动机工作时,通过燃烧室表面向冷却水的传热减少,可以显著减小坦克发动机冷却系统的整体尺寸。介绍了低散热柴油机的研究和发展情况,分析了隔热技术研究存在的问题,提出了坦克装甲车辆柴油机应用隔热技术研究的方向,指出隔热技术应用于柴油机成功与否的关键是隔热部件或涂层材料的可靠性,应用隔热技术后,应该进行燃烧系统优化及车辆冷却系统的整体性能的研究。     

流过泰氟隆烧蚀表面的化学非平衡粘性激波层数值研究

本文对有泰氟隆烧蚀的化学非平衡粘性激波层流场进行了数值模拟。应用空间推进与总体迭代相结合的求解方法，采用１９组元、２９种反应的空气—泰氟隆化学反应系统，对化学非平衡粘性激波层流场与泰氟隆壁面烧蚀传热过程进行耦合求解，研究了平衡催化壁和非催化壁条件对粘性激波层烧蚀流场的影响。     

The effect of sintering and cooling process on geometry distortion and mechanical properties transition of PTFE/Al reactive materials

In this research, the effect of the sintering and cooling process on geometry distortion and mechanical properties of PTFE/Al reactive material is investigated. Six particularly selected sintering temperatures, three different cooling modes (annealing cooling, normalizing cooling and rapid cooling), three different initial cooling temperatures, as well as six different final cooling temperatures were designed to compare the effects of sintering temperature, cooling rate, initial cooling temperature and final cooling temperature on the properties of reactive materials. Geometry distortion was quantitatively analyzed by a statistic on the dimensional changes of the specimens and microscopic morphology. A mechanical response properties transition from brittle to ductile was found and analyzed. By combining the thermodynamic properties of PTFE and unsteady heat conduction theory, mechanisms of cooling induced morphology change, temperature induced distortion and strength decrease were obtained. The results showed that the cooling rate has the most significant effect on the morphology transformation, while initial cooling temperature has more significant effect on the dimensional distortion than final cooling temperature. As to the mechanical properties transition from brittle to plastic, a more prominent effect of initial cooling temperature than cooling rate and final temperature was revealed.     

Effects of module number and firing condition on charge thermal safety in gun chamber

Thermal safety of modular charge which is fed into and retained in the chamber after gun fires consecutively is first investigated with cook-off method.A two-dimensional cook-off model of modular charge in gun chamber is established and the cook-off process of modular charge in gun chamber is numerically simulated.Then the effects of module number and firing condition on charge thermal safety are evaluated by researching the cook-off response characteristics of modules.The results show that,under conditions of different module numbers the cook-off responses all occur on the module closest to the boundary of missile,and the single-base propellants located at the inner surface of cartridge ignite first.When the number of loaded module changes from 1 to 6,the cook-off response temperatures vary little,only in a small range of 478.1 K-482.4 K.The cook-off response times decrease logarithmically in the range of 211.2 s-166.7 s with the increasing length of residual air gap in gun chamber.The simulation results are well matched with the experimental data.Furthermore,different firing conditions have great influence on the cook-off response time,minor influence on the initial response position and little in-fluence on the response temperature.Under the three conditions of consecutive 32 launches with 5 rounds/min,43 launches with 1 round/min,and 41 launches with different firing frequencies,the cook-off response temperatures are 479.2 K,481.1 K and 479.9 K respectively and the response times are 709.2 s,211.2 s and 214.4 s respectively.The response position is near the middle area of the inner cartridge surface in the former condition and near the right area in the latter two conditions.     

小钝头锥体全目标流场与光电特性一体化数值模拟

从简化的或全ＮＳ方程出发,采用化学非平衡和热辐射非平衡模型,数值模拟了有烧蚀产物引射条件下小钝头锥体全目标流场与光电特性,旨在为防护设计提供气动物理环境数据。计算结果表明,本文流场模拟数据与实验数据基本吻合,壁面烧蚀产物引射和壁面催化特性对流场电子数密度均有量级影响。     

大口径火炮制退机内腔压力测试技术

从火炮反后座装置的特殊结构及测试技术两方面详细分析、总结了我国几种大口径火炮在内腔压力测试时出现不正常现象的原因,并从传感器的机械度、传感器的封装技术、传感器的绝热处理、传感器的频响和排气工装等几个方面改进内腔压力测试的技术工艺方法,并用改进后的方法对155-2型火炮的内腔压力进行了试验,结果表明其工艺方法可准确地测试出内腔压力曲线,从而解决了多年来火炮后座阻力测试技术中存在的关键问题。