可渗透壁自适应高度补偿喷管工作机理数值研究 被引量：1

1

作者 薛玉琴 靳雨祺 +2 位作者 何定鹏 王革 关奔 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期48-61,共14页

提出了一种带有可渗透壁面的自适应高度补偿概念喷管(可渗透喷管),对该喷管的典型工作状态进行了数值模拟并对其高度补偿机理进行了解释。数值模拟结果显示,在低落压比条件下,外界大气透过喷管可渗透段进入喷管内部,抑制了喷管壁面处的... 提出了一种带有可渗透壁面的自适应高度补偿概念喷管(可渗透喷管),对该喷管的典型工作状态进行了数值模拟并对其高度补偿机理进行了解释。数值模拟结果显示,在低落压比条件下,外界大气透过喷管可渗透段进入喷管内部,抑制了喷管壁面处的回流产生,削弱了壁面处分离斜激波的强度,从而提高了喷管的低空推力性能。而在高落压比条件下,喷管内部燃气透过可渗透段壁面泄出,削弱了燃气的膨胀能力,使得喷管的高空推力性能有所损失。当可渗透喷管的低空推力性能提升幅度大于其高空推力性能损失时,喷管即具备了高度补偿能力。对喷管的推力构成分析表明,低落压比时,喷管可渗透段处外界大气流入所导致的喷管内压升高是其具有高度补偿能力的主要原因。基础扩张比的大小对可渗透喷管高度补偿性能影响显著,可渗透喷管比传统喷管的推力提升幅度最高可达34%,不同基础扩张比的可渗透喷管低空推力补偿能力相差最大25%。将不同基础扩张比喷管的高度平均比冲进行对比可发现,存在最优的喷管基础扩张比,该可渗透喷管高度平均比冲比传统喷管高度平均比冲高3%。 展开更多

关键词 固体火箭发动机 高度补偿 过膨胀 流动分离 可渗透喷管 数值模拟

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采用矩阵束方法的复合材料圆管周向导波频散数据获取 被引量：1

2

作者 江灿 武丹 +2 位作者 舒孟炯 温家炜 马卫卫 《声学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期472-479,共8页

基于矩阵束算法,提出了一种从弧形阵列采集数据中获取复合材料圆管多模态周向导波频散数据的方法。首先根据留数定理,给出了频率域导波响应信号的多模态周向导波叠加公式,构建了阵列导波信号的Hankel矩阵;然后通过求解Hankel矩阵的广义... 基于矩阵束算法,提出了一种从弧形阵列采集数据中获取复合材料圆管多模态周向导波频散数据的方法。首先根据留数定理,给出了频率域导波响应信号的多模态周向导波叠加公式,构建了阵列导波信号的Hankel矩阵;然后通过求解Hankel矩阵的广义特征值获取了导波的频散数据,给出了综合利用正向和反向接收弧形阵列处理结果降低频散数据中噪声的方法;最后,设计了碳纤维复合材料圆管中周向传播导波信号的测量实验,利用矩阵束方法获取了圆管周向导波的频散数据,并与采用半解析有限元方法模拟的理论频散曲线进行了对比分析。理论频散曲线与实验数据吻合良好,表明该方法具有很强的鲁棒性,即使采用空气耦合换能器作为发射接收阵列,也可以有效地从弧形阵列波形信号中获取周向导波的频散数据。 展开更多

关键词 周向导波 频散 复合材料圆管 矩阵束方法

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耐高温湿法缠绕树脂的制备及其应用

3

作者 李锐 唐晓林 +5 位作者 周鹏 郑磊 赵飞 陈浩 廖俊 黄驰 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期274-277,共4页

目前,普遍使用的湿法缠绕树脂的耐高温性能不足,制备的碳纤维复合材料难以满足新一代武器装备对性能的需求。通过采用多官能度芳香族环氧树脂作为基体,添加环氧基多面体聚倍半硅氧烷(EPOSS)形成有机-无机杂化网络结构,实现了在保证固体... 目前,普遍使用的湿法缠绕树脂的耐高温性能不足,制备的碳纤维复合材料难以满足新一代武器装备对性能的需求。通过采用多官能度芳香族环氧树脂作为基体,添加环氧基多面体聚倍半硅氧烷(EPOSS)形成有机-无机杂化网络结构,实现了在保证固体火箭发动机碳纤维缠绕壳体工艺性的同时,还显著提高了湿法缠绕树脂的玻璃化转变温度,具备较高的应用价值。结果表明:在EPOSS添加量为环氧组分的7.5%时湿法缠绕树脂具备最高的耐热性,其玻璃化转变温度高达230℃,能够满足某型号固体火箭发动机壳体的性能需求。 展开更多

关键词 环氧基聚倍半硅氧烷 环氧树脂 互穿网络结构 碳纤维 湿法缠绕

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T700/PPS热塑缠绕复合材料NOL环拉-拉疲劳行为研究及寿命预测初探

4

作者 闫磊 赵飞 +3 位作者 还大军 张盛源 王斌 肖军 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2024年第9期73-81,共9页

面向碳纤维增强聚苯硫醚(T700/PPS)热塑性复合材料缠绕构件应用,首次将NOL环试验用于拉-拉疲劳行为研究并提出寿命预测方法。基于自主研发的热塑性复合材料原位固结缠绕平台,采用T700/PPS预浸料和激光辅助缠绕原位固结工艺制备NOL试样;... 面向碳纤维增强聚苯硫醚(T700/PPS)热塑性复合材料缠绕构件应用,首次将NOL环试验用于拉-拉疲劳行为研究并提出寿命预测方法。基于自主研发的热塑性复合材料原位固结缠绕平台,采用T700/PPS预浸料和激光辅助缠绕原位固结工艺制备NOL试样;按照标准NOL环拉伸试验得到其静拉伸强度均值为2438.35 MPa,离散系数为2.0%,破坏模式表现为脆性断裂,据此静强度数据制定疲劳测试的应力水平。针对环形试验件特点设计“分瓣圆环”疲劳夹具,开展NOL环在不同应力水平下的拉-拉疲劳试验,借助红外热成像仪观测并分析其在疲劳周期内的热学行为,捕捉和分析破坏模式。针对疲劳寿命数据离散性大的特点提出便捷高效的寿命预测算法:基于K-means聚类实现快速数据筛选,构建灰色GM(1,1)模型进行NOL环疲劳寿命预测并绘制S-N曲线。结果显示,当应力水平低于静强度的47%时,疲劳寿命将超过107次,进入无限疲劳寿命阶段,为高速旋转缠绕件及热塑缠绕压力容器寿命设计提供了支撑。 展开更多

关键词 热塑性复合材料 NOL环疲劳试验 热学行为 破坏模式 数据筛选方法 寿命预测

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基于多层异质复合材料固化仿真模型构建的喷管扩张段结构参数设计 被引量：1

5

作者 许玉荣 梁纪秋 +4 位作者 祝珊 武丹 李仁府 郝磊 李毅超 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期711-721,共11页

多层异质复合材料扩张段的铺层设计与固化制度是决定该产品结构可靠性的关键。针对多层异质复合材料喷管扩张段固化成型过程中易出现结构界面不稳定,甚至层间开裂等问题,建立了一套多层异质复合材料固化仿真模型,并通过与异质复合材料... 多层异质复合材料扩张段的铺层设计与固化制度是决定该产品结构可靠性的关键。针对多层异质复合材料喷管扩张段固化成型过程中易出现结构界面不稳定,甚至层间开裂等问题,建立了一套多层异质复合材料固化仿真模型,并通过与异质复合材料平板件的固化实验结果对比验证了该模型的准确性。基于该模型研究了某发动机喷管扩张段在不同结构参数设计下的温度场、固化度场与内应力场变化特性。结果表明,复合材料的种类与铺层角度会显著影响扩张段的内应力变化,随着最外侧碳纤维环氧树脂层的铺层角度由沿轴向的0°变化到沿环向的90°,该层的内应力呈先增加后降低的趋势,而中间层和底层未受外层铺层角度的影响,内应力与固化温度变化一致。扩张段的外轮廓平滑度会显著影响外层内应力的变化,细微的弯折会引起应力集中导致该处的内应力显著增大。 展开更多

关键词 异质复合材料 发动机喷管 扩张段 固化成型 内应力 仿真

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热塑性树脂基复合材料激光原位固化研究进展 被引量：3

6

作者 冯喜平 张盛源 +1 位作者 梁群 王博 《中国塑料》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期111-124,共14页

鉴于热塑性树脂基复合材料激光原位固化技术在武器装备制造领域的巨大应用前景,为促进激光原位固化复合材料成型技术发展,本文在对激光原位固化成型技术进行国内外的研究和应用总结基础上,对激光原位固化过程所涉及的机理进行了讨论,对... 鉴于热塑性树脂基复合材料激光原位固化技术在武器装备制造领域的巨大应用前景,为促进激光原位固化复合材料成型技术发展,本文在对激光原位固化成型技术进行国内外的研究和应用总结基础上,对激光原位固化过程所涉及的机理进行了讨论,对激光原位固化实验研究进行了总结,对固化过程中的温度场仿真进行了论述,同时对该技术在航空航天领域的发展和研究方向进行了探讨。从机理研究、固化实验和温度场模拟3个方面对热塑性树脂基复合材料激光原位固化成型技术国内外的研究和应用情况进行回顾和总结,并探讨了激光原位固化技术的最新发展趋势。 展开更多

关键词 激光原位固化 热塑性 复合材料 结晶动力学 温度场 激光吸收

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基于三维八节点内聚单元的固体火箭发动机粘接界面结构分析 被引量：1

7

作者 崔辉如 王佳奇 +1 位作者 吕轩 许玉荣 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期366-377,共12页

粘接界面应力状态是固体火箭发动机三维结构完整性分析的关键。首先在内聚参数松弛效应的基础上,建立了粘弹性PPR内聚力模型,构建了三维八节点内聚单元,推导了全局坐标系下单元变换矩阵,并进行了单元分离位移场的计算,结合八节点六面体... 粘接界面应力状态是固体火箭发动机三维结构完整性分析的关键。首先在内聚参数松弛效应的基础上,建立了粘弹性PPR内聚力模型,构建了三维八节点内聚单元,推导了全局坐标系下单元变换矩阵,并进行了单元分离位移场的计算,结合八节点六面体等参单元,形成了单元内力矢量以及单元刚度阵。之后,以固化降温和点火增压两种典型工况为例,对发动机开展上述三维有限元分析。仿真结果表明,固化降温和点火增压两过程结束时,粘接界面上最大的切向内聚力分别为0.03 MPa和0.11 MPa,最大的法向内聚力分别为0.065 MPa和-0.348 MPa,均小于某发动机粘接界面的内聚强度。论文提出的基于三维八节点内聚单元的分析方法和研究结论可以为发动机粘接界面三维结构分析提供有利参考。 展开更多

关键词 固体火箭发动机 粘接界面 粘弹性内聚力模型 三维内聚单元

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点火压力下药柱Ⅰ型裂纹扩展仿真研究

8

作者 崔辉如 喻尧 +2 位作者 王晓东 吕轩 许玉荣 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期763-769,共7页

裂纹扩展特性是含缺陷发动机药柱结构完整性分析的前提。利用非固有内聚力模型,在有限元方法的基础上结合网格拓扑操作,发展了裂纹扩展仿真方法。以圆管发动机为例,研究了指数型点火压力作用下裂纹扩展的规律。研究结果表明,裂纹张开位... 裂纹扩展特性是含缺陷发动机药柱结构完整性分析的前提。利用非固有内聚力模型,在有限元方法的基础上结合网格拓扑操作,发展了裂纹扩展仿真方法。以圆管发动机为例,研究了指数型点火压力作用下裂纹扩展的规律。研究结果表明,裂纹张开位移、裂尖横向位置在加载初期增速较大,加载末期增速较缓;随着压力因子绝对值、初始裂纹深度的增加,以及内表面均布裂纹数量的减少,裂纹张开位移会增大;压力因子绝对值越大,点火压力越大,裂纹也越容易提前扩展。初始裂纹深度的增加会在加载初期提前导致裂纹的扩展,在加载的后期,初始裂纹深度的增加反而会延迟裂纹扩展的时间。在加载的后期,尽管裂纹累计扩展次数一致,但裂纹数的增加会导致裂纹张开位移的减小,进而延迟裂纹扩展的时间。 展开更多

关键词 药柱 裂纹扩展 有限元 点火压力

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粘弹性应变能释放率的虚拟网格计算方法

9

作者 崔辉如 姜强强 +2 位作者 沈栋 吕轩 任孝宇 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期915-922,共8页

应变能释放率是粘弹性裂纹扩展判断的重要依据。为了解决低质量网格条件下的高精度粘弹性应变能释放率的数值计算问题,提出了裂纹尖端虚拟网格方法。在原始网格位移场基础上通过插值手段获得虚拟网格位移场、应力及应变场分布;基于虚拟... 应变能释放率是粘弹性裂纹扩展判断的重要依据。为了解决低质量网格条件下的高精度粘弹性应变能释放率的数值计算问题,提出了裂纹尖端虚拟网格方法。在原始网格位移场基础上通过插值手段获得虚拟网格位移场、应力及应变场分布;基于虚拟网格信息并结合虚拟裂纹闭合方法,开展应变能释放率的数值计算。虚拟网格方法在应对裂纹扩展过程中任意复杂网格形式的同时,不再需要对原始裂纹尖端进行精细网格划分。两种典型断裂模式下的算例仿真结果表明,全积分形式的虚拟网格方法可以实现低泊松比条件下应变能释放率的高精度数值计算,相对误差均在5%以内。为了应对高泊松比下的断裂问题,设计了虚拟网格方法的缩减积分方案;缩减积分方案下的应变能释放率相对误差在1%左右,计算精度较全积分方案大幅提高。 展开更多

关键词 粘弹性 裂纹扩展 应变能释放率 虚拟网格方法

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大型固体火箭发动机发展趋势及关键技术分析 被引量：13

10

作者 武丹 陈文杰 +2 位作者 司学龙 解红雨 熊楚杨 《武汉大学学报（工学版）》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期102-107,共6页

大型固体火箭发动机是大型/重型运载的高性能动力装置,其发展一直备受世界主要航天大国的关注。介绍了大型固体火箭发动机的发展现状和趋势,分析了大型固体火箭发动机关键技术。最后,对我国研制大型固体火箭发动机提出了几点建议。

关键词 大型固体火箭发动机 发展趋势 关键技术 整体式固体火箭发动机

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室温固化有机硅柔性环氧树脂粘接剂制备 被引量：10

11

作者 彭建雄 张志强 +3 位作者 许玉荣 胡维 廖俊 胡铭杰 《武汉大学学报（工学版）》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期178-183,共6页

利用单环氧基硅氧烷与低黏度羟基硅油的缩合反应制备了环氧封端有机硅,利用该环氧封端有机硅与双酚A环氧的缩合反应制备了有机硅接枝改性环氧,通过有机硅改性双酚A型环氧树脂,大大提高了环氧树脂的柔韧性,配合低分子量聚酰胺树脂固化剂... 利用单环氧基硅氧烷与低黏度羟基硅油的缩合反应制备了环氧封端有机硅,利用该环氧封端有机硅与双酚A环氧的缩合反应制备了有机硅接枝改性环氧,通过有机硅改性双酚A型环氧树脂,大大提高了环氧树脂的柔韧性,配合低分子量聚酰胺树脂固化剂制备了室温固化的无溶剂型环氧树脂粘接剂,该粘接剂对丁腈橡胶具有良好的渗透性和粘接性。粘接剂的本体强度为5.2 MPa,断裂伸长率为125%,粘接剥离强度为4.78 N/mm,可应用于固体火箭发动机绝热层丁腈橡胶的粘接。 展开更多

关键词 有机硅 丁腈橡胶 火箭发动机 粘接 环氧树脂

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铝基金属燃料水冲压发动机内流场数值模拟 被引量：2

12

作者 常浩 许诺 +3 位作者 郑磊 蒲晓航 胡云中 黄慧慧 《武汉大学学报（工学版）》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期144-148,共5页

基于颗粒表面反应模型模拟铝金属在水冲压发动机内的燃烧与流动过程,应用Fluent软件建立了铝基金属燃料水冲压发动机两相流反应模型,对某2次进水反应的水冲压发动机进行数值模拟,得到了发动机内流场的分布规律。对燃烧室温度、组分分布... 基于颗粒表面反应模型模拟铝金属在水冲压发动机内的燃烧与流动过程,应用Fluent软件建立了铝基金属燃料水冲压发动机两相流反应模型,对某2次进水反应的水冲压发动机进行数值模拟,得到了发动机内流场的分布规律。对燃烧室温度、组分分布、颗粒相分布等结果进行了分析,结果表明,1次入水主要为铝/水反应提供氧化剂,铝/水反应产生大量的热量,使得燃烧室温度较高,2次入水的水液滴吸热汽化,形成水蒸汽,既降低了燃烧室的温度又为发动机提供了气相工质。 展开更多

关键词 表面反应 铝/水反应 水冲压发动机 数值模拟

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固体推进剂黏弹性泊松比分步等效细观预示方法 被引量：1

13

作者 吕轩 许玉荣 +1 位作者 申志彬 李晓超 《武汉大学学报（工学版）》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期149-157,共9页

在细观尺度上对固体推进剂的黏弹性泊松比等宏观力学性能参数进行可靠预示可加速高力学性能固体推进剂的研制进程,具有重要的军事价值和可观的经济效益。根据某四组元端羟基聚丁二烯(hydroxyl terminated polybutadiene,HTPB)推进剂的... 在细观尺度上对固体推进剂的黏弹性泊松比等宏观力学性能参数进行可靠预示可加速高力学性能固体推进剂的研制进程,具有重要的军事价值和可观的经济效益。根据某四组元端羟基聚丁二烯(hydroxyl terminated polybutadiene,HTPB)推进剂的组分配比特点,提出一种分步等效的推进剂力学性能细观预示方法,基于改进的随机投放算法,将不同尺寸类型的填充颗粒分开建模,生成反映该推进剂细观结构的分步等效代表性体积单元(representative volume element,RVE)模型,同时利用两点概率函数检验了RVE模型的各向同性和均匀性,通过构建含小尺寸颗粒有限元预示模型获取等效基体的黏弹性参数,通过构建含大尺寸颗粒有限元预示模型实现对推进剂在不同载荷情况下的泊松比预示,将预示结果与试验结果进行对比分析,验证模型和方法的可行性,所得结果和结论可支撑导弹武器装备安全性和贮存寿命的精细评估。 展开更多

关键词 固体推进剂 黏弹性泊松比 分步等效 细观预示 代表性体积单元模型 两点概率函数

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针栓式阀门姿控系统内流场特性仿真研究 被引量：1

14

作者 王刚 赵启扬 +3 位作者 周子翔 丁杰 王善金 黎澍 《武汉大学学报（工学版）》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期166-172,共7页

以针栓式阀门为对象开展了流场稳态仿真研究,分析了不同针栓头部截面半角、针栓开度值及出口压强下的马赫数云图差异,探究了推力、比冲、质量流率等指标的变化趋势。结果表明,针栓开度值与针栓头部截面半角越大,质量流率与推力越大,比... 以针栓式阀门为对象开展了流场稳态仿真研究,分析了不同针栓头部截面半角、针栓开度值及出口压强下的马赫数云图差异,探究了推力、比冲、质量流率等指标的变化趋势。结果表明,针栓开度值与针栓头部截面半角越大,质量流率与推力越大,比冲越小,但上述指标的最终稳定值基本一致。不考虑阀门腔内压强变化,推力值与等效喉部面积大小成线性关系。针栓头部截面半角值越大,达到稳定值所需的开度值越小。 展开更多

关键词 固体姿控系统 针栓式阀门 数值仿真 马赫数

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不同种类延伸喷管固体火箭发动机尾部流场分析 被引量：1

15

作者 任孝宇 周子翔 +3 位作者 许玉荣 徐节荣 祝珊 吕轩 《武汉大学学报（工学版）》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期158-165,共8页

采用数值模拟方法求解二维轴对称Navier-Stokes方程,对多个平移式和铰链花瓣式延伸出口锥喷管在级间热分离条件下的尾部流场进行了数值分析。结果显示,收拢状态下,受限于延伸锥壁面、发动机前封头及基础喷管外壁,尾部流场温度环境较恶劣... 采用数值模拟方法求解二维轴对称Navier-Stokes方程,对多个平移式和铰链花瓣式延伸出口锥喷管在级间热分离条件下的尾部流场进行了数值分析。结果显示,收拢状态下,受限于延伸锥壁面、发动机前封头及基础喷管外壁,尾部流场温度环境较恶劣;展开过程中,前封头边缘及延伸锥端部存在燃气回流,气动力变化剧烈,平移式喷管展开过程主要受气动力的阻碍影响,花瓣式喷管展开过程则受到燃气的正向推动作用。计算结果加深了2种延伸锥喷管的特性机理的认识,为发动机的热防护设计以及展开机构的驱动力设计提供了依据。 展开更多

关键词 固体火箭发动机 延伸喷管 尾部流场 数值模拟

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固体发动机点火压强峰的CFD计算方法研究

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作者 张棚 张赛文 +2 位作者 杨渊 武丹 王亚洲 《武汉大学学报（工学版）》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期173-177,共5页

介绍了固体火箭发动机点火压强峰形成的原因,分析了固体发动机实测压强和预示压强产生偏差的因素,提出了一种工程适用的基于加质模型的计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,能够较准确地预示固体火箭发动机点火压强峰,... 介绍了固体火箭发动机点火压强峰形成的原因,分析了固体发动机实测压强和预示压强产生偏差的因素,提出了一种工程适用的基于加质模型的计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,能够较准确地预示固体火箭发动机点火压强峰,特别是大长径比类固体火箭发动机。通过对比典型发动机的理论计算结果和试验数据,发动机点火压强峰预示误差减小至10%以内,对于发动机结构安全设计和整体性能的优化设计都有重要的指导意义。 展开更多

关键词 固体火箭发动机 点火压强峰 侵蚀燃烧 内流场

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