火箭-双燃烧室冲压组合循环发动机概念研究

临近空间高超声速飞行器近年来获得了广泛关注,本文提出一种以基于火箭发动机和双燃烧室冲压发动机的多模态火箭-双燃烧室冲压组合循环发动机作为飞行器的动力系统,并进行了性能分析研究。该飞行器在海拔10 km左右高度以0.8马赫的速度投放,在重力和发动机推力的联合作用下,能够在海拔5～8 km处加速到2马赫;然后加速爬升进入临近空间,发动机工作在引射亚燃或者双燃烧室亚燃模态下。可以根据实际选择高推重比、较低推进剂比冲效率的引射亚燃模态,或是较低推重比、高推进剂比冲效率的双燃烧室亚燃模态。最终飞行器加速到6马赫(26 km),进入双燃室超燃模态。针对空中发射模式和地面发射模式进行了轨道优化,仿真结果表明:在加速爬升到6马赫(26 km)的过程中,空中发射模式相比较地面发射模式可以节省37%的推进剂;空中发射模式存在一个负的最优初始飞行角度使得剩余质量与初始质量的比值达到最大。     

超燃冲压发动机燃烧室构型优化的试验研究

在直连式超燃冲压发动机试验系统上,通过调节超燃冲压发动机燃烧室壁面扩张角和燃料喷注位置,对燃烧室构型优化进行了试验研究。为了提高试验效率,燃烧室形面调节采用正交试验设计方法进行组织,每个形面进行5种喷注位置的试验,每次试验通过文氏管调节3个当量比的燃料流量。利用试验数据构造燃烧室性能关于构型参数的响应面模型,可用于燃烧室构型优化。通过两次渐进优化获得了性能更优的燃烧室构型,并根据试验数据分析了各构型参数对燃烧室性能的影响,结果表明:优化构型燃烧室的推力增益比基准构型增大了10.4%;燃烧室性能受各构型参数的强烈耦合影响。     

固体火箭冲压发动机的工作特性分析

通过数值计算 ,分析了燃气流量固定的壅塞式固体火箭冲压发动机、等空燃比工作的固体火箭冲压发动机和非壅塞固体火箭冲压发动机的高度特性和速度特性。结果表明 ,当导弹的飞行高度和速度变化时 ,燃气流量固定的壅塞式固体火箭冲压发动机性能变化最大 ,燃速压强指数为 1 0的非壅塞固体火箭冲压发动机的性能基本实现了等空燃比调节。贫氧推进剂的燃速压强指数越高 ,非壅塞固体火箭冲压发动机燃气流量的自适应调节能力越强。     

固体火箭发动机技术

固体火箭发动机是使用固体推进剂的化学火箭发动机。固体火箭发动机与液体火箭发动机相比较,具有结构简单,推进剂密度大,推进剂可以储存在燃烧室中常备待用和操纵方便可靠等优点。固体火箭发动机比冲小(250～300秒),工作时间短,加速度大,因而推力不易控制、重复起动困难、不利于载人飞行,主要用作火箭弹、导弹和探空火箭的发动机,以及航天器发射和飞机起飞的助推发动机。一、发展概况固体火箭起源于中国,宋初已出现以黑火药为能源的固体火箭发动机。最早是1161年宋金之战中的“霹雳炮”。元、明两代出现了火箭束和两级火箭雏型,例如“火龙出…     

以冲压发动机为动力的导弹爬升弹道研究

针对以冲压发动机为动力的战术导弹的爬升弹道,首先考虑了发动机的特性,对导弹加速爬升的性能进行了系统分析,获得了导弹加速爬升过程中剩余功率和燃油消耗量随飞行状态变化的规律.利用这些规律形成遗传算法弹道优化的初始种群,仿真证明可以高效地收敛获得最优弹道.在优化中综合考虑了飞行时间和耗油量,对不同优化目标的弹道进行了优化和比较.为以冲压发动机为动力的战术导弹的弹道设计提供了理论参考.     

美国研制成能灵活推进导弹的胶质燃料

美国陆军导弹司令部（MICOM）已研制成一种胶质推进剂。这种新型推进剂可提高未来自动化导弹的作战性能和可靠性,而且操作与运输均安全。据称,采用这种胶质燃料和先进的软件,将使导弹比现役型号更加灵活。 当前,美国陆军装备的导弹和火箭,除了“长矛”（Lance）导弹采用液体燃料外,其余均采用固体推进剂。固体推进剂有一个重大缺点,即一旦点火,固体燃料的推力就不能调整。以固体燃料为动力的导弹只能按预定速度飞行,其速度既不能加快,也不能减慢。采用液体燃料,导弹在飞行中虽可凋整速度,但这种燃料的危险性比固体燃料大。因此,胶质燃     

基于多方法协作优化方法的非壅塞式固体火箭冲压发动机导弹一体化优化设计

固体火箭冲压发动机和导弹性能相互之间紧密耦合。从导弹总体方案设计阶段引入一体化设计思想,能充分发挥和协调好固体火箭冲压发动机和导弹的性能,提高了导弹的总体设计水平。采用基于遗传算法、Powell法和模式搜索法的多方法协作优化方法进行了以非壅塞式固体火箭冲压发动机为动力的导弹总体一体化优化设计。算例表明,采用该多方法协作优化方法进行一体化优化设计,可以协调导弹的总体参数,提高导弹的总体性能。     

“非逃逸”导弹──燃料的改善使人们对冲压发动机重新发生了兴趣

在现有的火控系统下,适用于远距离作战的冲压发动机不能发挥其优势。由于导弹飞行状态的不断变化,火控雷达及隐身技术的发展与超视距的结合,为冲压发动机的应用创造了条件。文章介绍了几个国家在冲压发动机方面进行的应用。“非逃逸”导弹的应用前景十分广阔。     

燃烧对固体燃料冲压发动机附着点的影响

应用 PHOENICS软件模拟了固体燃料冲压发动机 ( SFRJ)的冷流和以 HTPB、PS为推进剂的简单反应流。结果表明 :在相同入口条件下 ,燃烧使附着点明显前移 ,从而改变了流场结构 ;入口温度不影响冷流时的附着点 ,但在有反应情况下则有一定影响 ;在两种情况下入口流量对附着点均无影响。     

燃气流量可调固体火箭冲压发动机飞行性能分析

在建立燃气流量可调固体火箭冲压发动机工作过程仿真模型的基础上,对燃气流量调节过程中发动机飞行性能进行分析.结果表明,在低飞行高度或高飞行马赫数时,发动机有较宽的推力调节范围;随着飞行高度降低或飞行马赫数增加,发动机推力系数降低;随着燃气发生器喷喉面积变小,发动机推力和推力系数增加.     

固冲发动机补燃室凝相碳颗粒燃烧研究

应用改进的移动火焰锋面(MFF)模型,分析了环境压力、温度等参数对碳颗粒燃烧过程的影响。在此基础上,研究了固冲发动机补燃室内碳颗粒的燃烧过程,得到了固冲补燃室环境中的碳颗粒燃烧特性,并通过固冲直连式试验验证了数值模拟结果。结果表明:补燃室中大部分碳颗粒在进气道出口附近燃烧。     

嵌银丝贫氧推进剂燃烧特性

采用试验发动机法 ,对嵌银丝铝镁贫氧推进剂的燃烧特性进行了研究 ,得到了低压下嵌银丝铝镁贫氧推进剂的燃烧规律 ,研究了银丝直径和贫氧推进剂配方对嵌银丝发动机燃速的影响。结果表明 ,嵌银丝贫氧推进剂的燃烧过程由初始工作段、稳定工作段和结束段组成 ;采用较粗的银丝 (0 3mm和0 4mm)可以显著提高贫氧推进剂的燃速 ;提高贫氧推进剂的基础燃速也是提高嵌银丝贫氧推进剂燃速的有效方法之一。     

地空导弹与弹道导弹的技术融合正在促使这两类导弹产生突破性的发展

地空导弹采用弹道导弹的抛物弹道技术 ,能够实现应用固体推进剂达到低质量远射程的目标。弹道导弹采用地空导弹末段弹道的寻的制导控制技术 ,可以达到降速、增程并实现末段有效制导控制和弹道机动的目标 ,从而大幅度提高命中精度和突防概率。地空导弹和弹道导弹之间的技术融合 ,已经开始并将很快形成这两类导弹的新一轮突破性的发展     

长期贮存的固体发动机药柱脱粘界面裂纹分析

为了分析长期贮存的固体导弹发动机药柱脱粘层界面裂纹在燃气内压和轴向过载联合作用下的扩展情况,建立了发动机药柱在包覆层与推进剂之间脱粘的三维有限元计算模型,并于脱粘界面的裂纹尖端设置三维奇异裂纹元,模拟脱粘界面裂纹扩展。在包覆层与推进剂之间设置不同深度脱粘,计算了在燃气内压和轴向过载联合作用下不同贮存期、不同深度的界面裂纹尖端的应力强度因子,得到了界面裂纹应力强度因子随贮存时间、脱粘深度的变化规律,对长期贮存的固体发动机脱粘界面裂纹的扩展进行了分析。     

Controllable combustion behaviors of the laser-controlled solid propellant

Microsatellites have been widely applied in the fields of communication,remote sensing,navigation and science exploration due to its characteristics of low cost,flexible launch mode and short development period.However,conventional solid-propellant have difficulties in starting and interrupting combustion because combustion is autonomously sustained after ignition.Herein,we proposed a new type of solid-propellant named laser-controlled solid propellant,which is sensitive to laser irradiation and can be started or interrupted by switching on/off the continuous wave laser.To demonstrate the feasibility and investigate the controllable combustion behaviors under different laser on/off conditions,the combus-tion parameters including burning rate,ignition delay time and platform pressure were tested using pressure sensor,high-speed camera and thermographic camera.The results showed that the increase of laser-on or laser-off duration both will lead to the decrease of propellant combustion performance during re-ignition and re-combustion process.This is mainly attributed to the laser attenuation caused by the accumulation of combustion residue and the change of chamber ambient temperature.Simultaneously,the multiple ignition tests revealed that the increased chamber ambient temperature after combustion can make up for the energy loss of laser attenuation and expansion of chamber cavity.However,the laser-controlled combustion performance of solid propellant displayed a decrease trend with the addi-tion of ignition times.Nevertheless,the results still exhibited good laser-controlled agility of laser-controlled solid propellant and manifested its inspiring potential in many aspects of space missions.     

舰空导弹引战配合可视化仿真分析方法

提出了一种更加直观的舰空导弹引战配合分析方法,充分利用飞行试验数据和弹道仿真数据,通过引战配合数学仿真计算和可视化仿真,复现了弹目交会时战斗部破片杀伤目标的过程,并在某型舰空导弹飞行试验引战配合分析中得到了应用.     

含内聚空洞固体发动机药柱的寿命预估

为了对含内聚空洞固体导弹发动机的贮存寿命进行预估,采用加速老化试验,得到该推进剂最大延伸率随贮存时间的变化规律;应用三维粘弹性有限元分析方法,对含内聚空洞的发动机贮存一定时间后直接点火发射过程进行数值仿真,从中获得发动机药柱在点火增压和轴向过载联合作用下的最大Von Mises应变.将不同贮存期药柱的最大Von Mises应变值与推进剂的最大延伸率进行对比,利用结构完整性评估准则,给出了某发动机药柱不同贮存期间内聚空洞大小的允许值.该方法可为含内聚空洞固体发动机的判废提供定量参考.