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节流式燃/氧分离组合固体发动机推力性能调节数值研究
1
作者 王革 杨铭 +2 位作者 王富祺 关奔 王立民 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期35-43,共9页
节流式燃/氧分离组合固体发动机将燃烧室分为富燃燃烧室和富氧燃烧室,采用富燃固体推进剂和富氧固体推进剂串联装填的形式,在两个燃烧室中间增加节流阀,通过调节节流阀开度实现推力调节。利用商业软件对节流式燃/氧分离组合固体发动机... 节流式燃/氧分离组合固体发动机将燃烧室分为富燃燃烧室和富氧燃烧室,采用富燃固体推进剂和富氧固体推进剂串联装填的形式,在两个燃烧室中间增加节流阀,通过调节节流阀开度实现推力调节。利用商业软件对节流式燃/氧分离组合固体发动机在节流阀流道半径不同时的工作状态进行模拟,研究节流式燃/氧分离组合固体发动机的工作特性,获得节流式燃/氧分离组合固体发动机燃气流动和掺混特征,揭示节流式燃/氧分离组合固体发动机推力调节机理以及节流阀流道半径对节流式燃/氧分离组合固体发动机燃烧效率的影响规律。研究发现:节流阀流道开度(即节流阀流道半径R)减小可增大发动机推力;随着节流阀开度的减小,节流阀出口燃气马赫数随之增大,而发动机燃烧效率却出现先增大后减小的规律,当节流阀出口燃气流动达到临界状态时发动机燃烧效率出现最大值。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 燃/氧分离发动机 推力调节 燃烧效率
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节流式燃/氧分离组合固体火箭发动机动态工作过程数值研究
2
作者 王革 杨铭 +2 位作者 王富祺 杨帅 关奔 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期181-187,共7页
利用商业软件ANSYS Fluent对节流式燃/氧分离组合固体火箭发动机动态工作过程进行数值研究,揭示该发动机基本动态工作过程以及节流阀作动速度的影响。结果表明,节流阀作动会导致发动机富氧燃烧室压强、节流阀出口质量流量以及发动机推... 利用商业软件ANSYS Fluent对节流式燃/氧分离组合固体火箭发动机动态工作过程进行数值研究,揭示该发动机基本动态工作过程以及节流阀作动速度的影响。结果表明,节流阀作动会导致发动机富氧燃烧室压强、节流阀出口质量流量以及发动机推力出现负调现象;节流阀作动速度差异不影响发动机调节后的稳定工作状态;随着节流阀作动速度增大,发动机达到稳定工作状态所需时间逐渐缩短,实现性能调控的响应速度增快,但发动机各参数负调量也随之增大,从而增加了发动机发生振动的风险。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 燃/氧分离发动机 动态调节过程 数值模拟
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可渗透喷管壁面开孔角度对推力性能影响的数值研究
3
作者 靳雨祺 薛玉琴 +2 位作者 李程珂 关奔 王革 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期199-207,共9页
可渗透喷管是一种新型的高度补偿喷管,能够实现自适应高度补偿,具有连续补偿能力,在单级入轨技术领域极具潜力。该研究对可渗透喷管流动进行数值模拟,描述了可渗透喷管流场特征及推力性能,探讨了可渗透喷管壁面开孔角度在30°~145&#... 可渗透喷管是一种新型的高度补偿喷管,能够实现自适应高度补偿,具有连续补偿能力,在单级入轨技术领域极具潜力。该研究对可渗透喷管流动进行数值模拟,描述了可渗透喷管流场特征及推力性能,探讨了可渗透喷管壁面开孔角度在30°~145°范围内变化时对喷管波系结构与性能的影响规律。结果表明,过膨胀状态下开孔角度过大或过小会影响喷管的补偿能力,在欠膨胀状态下开孔角度越小喷管的推力损失越小,落压比NPR=70.00时喷管的补偿效果最佳,推力系数可提升24.5%以上。依据最优全弹道性能原则,性能最优的开孔角度为30°。 展开更多
关键词 可渗透喷管 高度补偿 过膨胀 流动分离 波系
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基于混合正交法的环喉式膨胀偏流喷管性能影响因素研究
4
作者 王革 张渴欣 +3 位作者 周博成 陈磊 关奔 汪根来 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期410-418,共9页
利用混合正交法设计数值模拟实验对环喉式膨胀偏流喷管(ATEDN)的工作过程进行研究,以获得ATEDN在不同工作模态的流场特征并分析入口压力、扩张比和塞锥基底半径三个影响因素共同作用下喷管性能的变化规律及各因素对喷管性能影响的显著... 利用混合正交法设计数值模拟实验对环喉式膨胀偏流喷管(ATEDN)的工作过程进行研究,以获得ATEDN在不同工作模态的流场特征并分析入口压力、扩张比和塞锥基底半径三个影响因素共同作用下喷管性能的变化规律及各因素对喷管性能影响的显著性。采用FLUENT商用软件对ATEDN在0~31 km高度范围内的工作状态进行模拟。模拟结果表明,ATEDN在不同工作高度下存在开放-固壁反射、开放-自由边界反射和闭合三种基本工作模态。根据喷管流动经历的不同工作模态特征,将喷管的工作过程进行分类,具有不同工作过程的喷管推力性能存在显著差异。结果对比发现,在所选的参数水平下,塞锥基底半径是影响高度积分平均比冲的最显著因素,其次是扩张比,入口压力影响最小。随着喷管扩张比的增加,高度积分平均比冲降低;随着喷管入口压力和塞锥基底半径增加,高度积分平均比冲增加。 展开更多
关键词 环喉式膨胀偏流喷管 混合正交法 平均比冲 数值模拟
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固体火箭发动机约束方式对内流场与结构共振影响数值研究
5
作者 王革 周博成 +4 位作者 杨铭义 蒲炜强 关奔 杨海威 杨泽南 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期32-40,共9页
针对某型固体火箭发动机在地面试车时正常工作而在自由飞行试验中出现燃烧不稳定现象的问题,模拟地面试车和自由飞行条件发动机的外载荷,设计了近似等效的“强约束”和“弱约束”两种约束方式用于评估发动机的工作稳定性。使用ANSYS Wor... 针对某型固体火箭发动机在地面试车时正常工作而在自由飞行试验中出现燃烧不稳定现象的问题,模拟地面试车和自由飞行条件发动机的外载荷,设计了近似等效的“强约束”和“弱约束”两种约束方式用于评估发动机的工作稳定性。使用ANSYS Workbench商业软件对发动机流场和结构进行建模,在两种结构约束方式下对发动机进行了模态分析与脉冲激励下的双向流固耦合计算。结果表明,不同的约束方式改变了结构的固有频率,可能导致结构振动频率与流场振荡频率一致而发生共振;发动机流场与结构的共振会提升内弹道压力振荡的振幅;模拟自由飞行条件的发动机可能发生流场与结构的共振,而模拟地面试车条件的发动机不会发生共振。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 燃烧不稳定 模态分析 双向流固耦合
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激波作用下R_(22)气泡射流现象研究 被引量：6
6
作者 王革 关奔 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第5期707-715,共9页
重物质气泡在平面激波作用下出现射流是一个非常有趣的物理现象,它与气体属性、激波强度密切相关,气泡内外波系结构复杂,值得进行深入探讨.论文采用水平集方法结合真实虚拟流体方法捕捉物质界面,对R22圆柱气泡在平面激波作用下的射流现... 重物质气泡在平面激波作用下出现射流是一个非常有趣的物理现象,它与气体属性、激波强度密切相关,气泡内外波系结构复杂,值得进行深入探讨.论文采用水平集方法结合真实虚拟流体方法捕捉物质界面,对R22圆柱气泡在平面激波作用下的射流现象进行了数值模拟,详细阐述了波系结构在气泡内外的演变过程,总结了导致气泡射流现象形成的典型波系结构特征,从波系结构角度解释了射流形成的原因.论文也对不同强度的激波冲击R22圆柱气泡的情况进行了归纳,发现激波强度对射流现象的出现以及射流结构的尺寸特征有重要影响,得出了R22圆柱气泡能否出现射流结构的临界激波强度,以期对实验结果起到指导与验证作用. 展开更多
关键词 激波 R22气泡 射流 水平集方法 真实虚拟流体方法
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摆动喷管轴向激励对燃烧室压力振荡影响的数值研究
7
作者 王革 苏成志 +1 位作者 杨海威 关奔 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期76-82,共7页
固体火箭发动机工作时,摆动喷管受到伺服力和气动力等载荷的共同作用,在轴向上会产生小幅度的振动,振动频率与燃烧室内腔轴向声频耦合时会造成压力振荡幅值增大,诱发不稳定燃烧,导致燃烧室内压力、燃速不均等情况的出现。应用数值方法... 固体火箭发动机工作时,摆动喷管受到伺服力和气动力等载荷的共同作用,在轴向上会产生小幅度的振动,振动频率与燃烧室内腔轴向声频耦合时会造成压力振荡幅值增大,诱发不稳定燃烧,导致燃烧室内压力、燃速不均等情况的出现。应用数值方法研究了摆动喷管轴向激励对燃烧室压力振荡的影响,分析了压力振荡对喷管轴向激励幅值和频率的响应规律,以及燃烧室内的声压分布特征。结果表明,当喷管以燃烧室内腔固有频率做轴向振动时,会诱发燃烧室内的非线性不稳定燃烧,其稳定的极限振幅远高于其他激励频率下压力振荡幅值;喷管振动频率一定时,燃烧室内各点压力振荡幅值随喷管振动幅值增大而线性增大;持续的轴向激励使燃烧室呈现出驻波声场的特征,压力分布不均,波腹处声压达到0.14 MPa,约为燃烧室总压的2%。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 不稳定燃烧 摆动喷管 数值仿真
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激波汇聚效应对球形气泡演化影响的数值研究 被引量：2
8
作者 梁煜 关奔 +1 位作者 翟志刚 罗喜胜 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期139-149,共11页
利用三维程序,对比研究了汇聚激波及平面激波冲击下SF6球形气泡演化规律的异同,以期发现激波的汇聚效应对界面演化的影响.三维程序采用多组分可压缩欧拉方程,基于有限体积法,利用MUSCL-Hancock格式进行数值求解,可以达到时间和空间的二... 利用三维程序,对比研究了汇聚激波及平面激波冲击下SF6球形气泡演化规律的异同,以期发现激波的汇聚效应对界面演化的影响.三维程序采用多组分可压缩欧拉方程,基于有限体积法,利用MUSCL-Hancock格式进行数值求解,可以达到时间和空间的二阶精度.相比平面激波,汇聚激波由于存在曲率,且激波强度以及壁面效应在汇聚激波运行的过程中逐渐增强,使得激波冲击后的流场演化有较大的不同.计算结果表明:汇聚激波作用下,气泡界面的涡结构更加尖锐;气泡内部的透射激波聚焦程度更强,在界面下游附近形成的最高压力大于平面激波算例,由此产生的射流运动速度更快;由于汇聚激波曲率及激波强度的变化,导致界面上涡量的分布规律以及涡量幅值产生较大变化.通过界面上产生的环量以及界面内外气体混合速度的对比表明,汇聚激波更有助于涡量的产生以及气体的混合.因此激波的汇聚效应对气泡界面演化具有重要影响. 展开更多
关键词 汇聚激波 球形气泡 三维 数值模拟
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基于双向流固耦合方法的柔性变结构喷管性能分析 被引量：2
9
作者 陈磊 贾慧铭 +2 位作者 王革 李德坚 关奔 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期513-521,共9页
为研究柔性变结构喷管的高度补偿潜力,利用ANSYS平台,基于双向流固耦合方法,对柔性变结构锥型喷管进行数值模拟,分析了飞行高度和柔性材料的弹性模量对喷管性能的影响。模拟结果表明,随着飞行高度的升高,柔性喷管变形加剧,喷管内部流场... 为研究柔性变结构喷管的高度补偿潜力,利用ANSYS平台,基于双向流固耦合方法,对柔性变结构锥型喷管进行数值模拟,分析了飞行高度和柔性材料的弹性模量对喷管性能的影响。模拟结果表明,随着飞行高度的升高,柔性喷管变形加剧,喷管内部流场呈现出膨胀波-激波-膨胀波的波系特征,喷管柔性段壁面的最大变形量和最大应力逐渐增大。当材料弹性模量>100MPa时,喷管柔性段型面变形对流场的影响可以忽略。研究显示,该柔性喷管的低空比冲显著高于传统喷管,高空比冲仅略低于传统喷管,其6km设计高度下较传统喷管有1.462%的高度积分比冲增益。 展开更多
关键词 火箭发动机 柔性变结构喷管 高度补偿 双向流固耦合 喷管性能
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节流式燃氧分离固体发动机准一维内弹道数值研究 被引量：1
10
作者 王立民 王富祺 +4 位作者 王志邦 王英男 王革 关奔 周星 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期85-101,共17页
本文建立了用于计算节流式燃氧分离固体发动机内弹道的准一维数值模型。节流式燃氧分离固体发动机通过改变富燃燃烧室和富氧燃烧室之间的节流阀开口半径来实现其推力的调节。数值模型采用简化的反应机理来描述化学非平衡过程,且考虑了... 本文建立了用于计算节流式燃氧分离固体发动机内弹道的准一维数值模型。节流式燃氧分离固体发动机通过改变富燃燃烧室和富氧燃烧室之间的节流阀开口半径来实现其推力的调节。数值模型采用简化的反应机理来描述化学非平衡过程,且考虑了燃烧室中的质量添加、壁面摩擦和推进剂燃面退移过程。利用该数值模型展示了节流式燃氧分离固体发动机的内部流动参数分布和工作性能.发动机稳定工作状态结果显示,当节流阀开度半径由10.5mm调节至1.4mm时,发动机推力由121.82N增加至250.60N,推力提升了206%,验证了节流式燃氧分离固体发动机概念的可行性.流动参数也表明节流阀的调节作用仅在阀门开度较小时才得以充分体现.发动机动态工作过程结果显示,在调节阀停止作动时,节流式燃氧分离固体发动机性能会产生负调现象,因而需要对发动机采取额外的保护措施.对节流式燃氧分离固体发动机调节能力的理论预测发现,发动机的推力调节能力受限于富燃燃烧室压力和初始质量流量比,需要在多个参数之间进行权衡以实现合理的推力调节比.最后对推进剂的布置方式进行了初步探讨结果表明,燃氧推进剂布置下发动机的推力调节能力优于氧燃推进剂布置。 展开更多
关键词 固体发动机 化学非平衡 燃烧室压力 阀门开度 质量流量比 流动参数 节流阀开度 准一维
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