固体火箭技术 /oa 双级延伸喷管高空展开过程动力学耦合仿真研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200201 带有延伸喷管的固体火箭发动机一般采用热分离方式进行级间分离,要求延伸喷管按照先点火、后展开的时序进行工作。因此,延伸喷管的展开过程实质上为一个燃气流动与延伸锥运动相互耦合影响的过程。为了详细分析和评估在燃气流场和延伸喷管展开相互耦合影响下尾流的变化和延伸锥的展开情况,根据Fluent软件中的用户自定义函数(UDF)功能提出了一种耦合仿真方法,并据此对某型双级延伸喷管的展开过程进行了耦合仿真研究,得到了在延伸喷管展开过程中尾流的变化以及延伸锥的运动和气动力等参数随时间的变化情况。计算结果表明,在延伸喷管展开过程中,延伸锥及其展开机构所在的空腔内的温度出现短时剧烈波动,需对其进行一定的热防护;在高空工况下,流场气动力对延伸锥的展开主要为阻碍作用且影响较大,当气瓶初始压强低于1.0 MPa时,延伸锥可能出现无法展开的情况;耦合仿真结果可反映出发动机工作时延伸锥的实际展开情况,可对延伸喷管能源系统输入参数等设计提供指导。 2020年04月25 00:00 2020年02期 127 137 7653595 赵博文1,田维平2,董新刚1,宋学宇1,曹涛峰1 AlH3热分解释氢机理研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200202 三氢化铝(AlH3)作为一种潜在的储氢量高和能量密度大的储氢介质,可广泛用于固体或混合火箭推进器,炸药和低温燃料电池等领域。介绍了AlH3用于固体推进剂高能燃料的应用价值,指出了目前阻碍其在固体推进剂中广泛使用的因素。为了研究AlH3的热分解释氢特性和机理,综述了热分解释氢的热力学和动力学特性、微观释氢机理、释氢影响因素(氧化层、粒径、晶型、加热速率、热解气氛、球磨和掺杂等)以及各种稳定化改性方法(表面钝化法、表面包覆法等)等方面的研究进展;重点介绍了不同晶型的热分解释氢特性和其释氢影响因素,并指出了AlH3作为高能储氢材料亟需解决的问题和研究方向:深入研究释氢及氧化机理,提出更加高效的改性调控方法;寻找实现AlH3循环利用的有效途径。 2020年04月25 00:00 2020年02期 138 147 3142106 蔚明辉1,3,李和平1,2,庞爱民3,唐根3,徐星星3,刘建忠2,周禹男2,徐江荣1 二硝酰胺铵(ADN)/纳米Fe2O3的热分解特性研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200203 二硝酰胺铵(ADN)因具有氧平衡和能量高、且不含卤素的特点,被认为是新型固体推进剂中最有应用前景的高能氧化剂之一。重点研究了纳米Fe2O3(nano-Fe2O3)对ADN热分解行为的影响。利用差示扫描量热法(DSC)和热重(TG-DTA)分析法,研究了nano-Fe2O3/ADN混合物的热行为,采用Friedman法计算了其活化能;利用TG-DTA-MS和TG-DTS-IR联用仪,进一步研究了纯ADN和nano-Fe2O3/ADN混合物在相同测试条件下的气体分解产物组成及热分解机理。结果表明,nano-Fe2O3降低了ADN的起始分解温度和最大分解温度,促进了ADN的热分解,反应后残留物的质量与最初添加到混合物中的nano-Fe2O3的质量接近,表明nano-Fe2O3可以催化ADN的热失重和放热行为,且nano-Fe2O3并没有改变ADN的反应过程,分解产物不变。 2020年04月25 00:00 2020年02期 148 153 1844323 李雅津,王海洋,黄海涛,谢五喜,张伟 GAP-NG-BTTN粘合剂中CL-20和HMX“溶解-共晶”机理研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200204 针对CL-20、HMX在GAP-NG-BTTN粘合剂中生成CL-20/HMX共晶的现象,采用HPLC法测定不同温度下ε-CL-20和β-HMX晶体在GAP-NG-BTTN粘合剂中的溶解度,并对溶解度测试试验后的CL-20和XRD进行了晶型和形貌表征;采用原位XRD表征了ε-CL-20和β-HMX及其混合物在高能粘合剂中的晶型变化,提出了CL-20和HMX在硝酸酯粘合剂中的“溶解共晶”机理。结果表明,ε-CL-20和β-HMX在GAP-NG-BTTN粘合剂中具有一定的溶解度,单一的ε-CL-20或β-HMX纯品在GAP-NG-BTTN粘合剂中达到溶解平衡时CL-20和HMX的晶型和形貌均未发生任何变化;在ε-CL-20/β-HMX/GAP-NG-BTTN体系中,由于CL-20和HMX分子之间存在强烈相互作用,使得CL-20和HMX分子相结合而生成CL-20/HMX共晶,其从溶剂体系中析出,破坏了溶解平衡从而形成“溶解-共晶-析出-溶解”的循环过程。 2020年04月25 00:00 2020年02期 154 160 2931984 曹蓉,赵程远,彭松,池旭辉 自沉淀法合成高相对分子质量聚乙二醇 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200205 高相对分子质量聚乙二醇具有柔顺性好、极性大、力学性能优良、与硝酸甘油酯互溶性好等优点,是一种理想的高能固体火箭推进剂粘合剂。以对苯二甲酰氯为扩链剂,在DMF和石油醚混合液中将聚乙二醇6000(PEG6000)扩链成PEG12000,系统考察了温度、时间、PEG6000与对苯二甲酰氯的摩尔比和浓度比对反应的影响。结果表明,当反应温度为50 ℃,PEG6000与对苯二甲酰氯的摩尔比为1∶1.5,摩尔浓度比为1.1∶1,反应时间为7 h时为最佳反应条件。同时,通过调节DMF和石油醚的体积比,实现了PEG12000的自沉降扩链合成,产率为47%。综上所述,该方法可实现对低相对分子质量PEG的扩链聚合与原位沉降,最终合成出相对分子质量可控、分布窄的高相对分子质量PEG,可为高能固体推进剂提供一种双官能度且相对分子质量高的PEG粘合剂。 2020年04月25 00:00 2020年02期 161 167 2335599 岳慧娟,高国新,郑元锁 不同晶型二氧化钛的制备及其对高氯酸铵的催化分解 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200206 你以钛酸丁酯为钛源,乙酰丙酮为水解抑制剂,采用溶胶回流法在温和条件下制备了无定型纳米二氧化钛。在200~1000 ℃下分别煅烧得到六种不同的二氧化钛粉末。分别采用宏观拍照、X射线衍射法、比表面积分析对其进行物相表征,并研究了其对高氯酸铵的催化作用。结果发现,在400 ℃下煅烧的纳米二氧化钛为纯锐钛矿相,比表面积计算为89.89 m2/g,其吸-脱附模型属于Ⅳ型介孔材料。在六种样品中,只有TiO2-400对高氯酸铵的分解催化效果最为明显,随着添加量的增多催化效果明显增强,并且高温分解峰有由吸热转向放热的趋势。分析认为,高氯酸铵在低温分解阶段因NH3逐渐附满其表面而使反应停止,而纳米TiO2对NH3有吸附效果,使得NH3有机会与HClO4及其产物发生氧化还原放热反应,对AP热分解产生了催化作用。 2020年04月25 00:00 2020年02期 168 173 1830457 孟胜皓1,2,杜仕国1,鲁彦玲1,俞卫博1,李晨1 固体推进剂燃气的粘度、定压比热容、热导率和音速研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200207 为获得不同固体推进剂工作燃气的粘度(η)、定压比热容(cp)、热导率(λ)和音速(a)参数,补充现有数据不足,为其作为导弹和航天运载器等工程应用提供技术支持,采用最小吉布斯自由能法,对五种推进剂在900~3500 K温度范围和5~15 MPa压 力范围内的粘度、定压比热容、热导率和音速进行了研究,并拟合出计算方程。不同推进剂的粘度和定压比热容的相对拟合偏差基本在±2%以内,热导率和音速最大的相对拟合偏差基本在±4%以内。研究结果表明,根据计算模型所获得的结果比较准确可靠,并且能够满足工程应用的精度要求,因而所获得的计算方程可为固体推进剂的工程应用提供基础热物性数据。 2020年04月25 00:00 2020年02期 174 179 2089736 赵康1,顾靖伟1,刘朝阳2,刘元敏1,李青频1 立式捏合机搅拌桨尖混沌运动的可视化试验研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200208 建立了混合釜流场映射模型,分析了双轴行星运动搅拌桨桨尖运动方程,绘制了桨尖运动轨迹平面图,发现轨迹分布可以遍历混合釜流场径向截面,进而绘制了桨尖运动轨迹的Poincaré截面图,发现Poincaré截面图中的离散点在固定的区域内聚集,发生了混沌运动,并且离散点的密集程度与搅拌时间和搅拌转速相关。随后分析其与搅拌桨转速、旋转时间的对应关系,搅拌桨公转运动的长期行为对桨尖运动轨迹的影响被不断放大,最终产生混沌现象,揭示了混合釜流场混沌运动产生的原因。通过混合釜流场可视化示踪实验,观察示踪剂在混合釜内随搅拌桨转动的运动状态,证明了混合釜流场存在拉伸、剪切与折叠作用,具备Smale马蹄映射的特征,验证了混合釜模型的混沌理论,搅拌桨桨尖的行星运动将使混合釜流场最终引发混沌运动。 2020年04月25 00:00 2020年02期 180 185 3628830 张嘉琪,孟洋,沈凯,樊睿辰 碳纤维复合材料壳体轴压稳定性分析与试验验证 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200209 针对碳纤维复合材料壳体轴压稳定性问题,提出了理论推导、数值模拟和试验验证相结合工程计算方法,获得了铺层相关参数对轴压稳定性的影响规律。基于层合板理论,计算了碳纤维复合材料壳体的等效弹性常数;以Φ150 mm 碳纤维复合材料圆筒为研究对象,通过壳体破坏性轴压试验,验证了理论计算和有限元数值模拟的正确性;计算了碳纤维缠绕角及增加0°铺层对复合材料弹性常数的影响规律。研究结果表明,通过引入修正系数k=0.4,理论计算结果与实际轴压破坏载荷较为接近;通过增加0°铺层数,能够大幅度地提高壳体刚度,且对刚度提升的贡献远大于所引起的重量增加。复合材料刚度是决定壳体临界轴压载荷的关键因素,固体发动机设计过程中增加材料刚度可有效提升其轴压稳定性。 2020年04月25 00:00 2020年02期 186 191 2518529 栗永峰1,2,周伟勇3,张磊2,杜鹏程2 隔舱式脉冲发动机金属膜片破裂仿真研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200210 为实现隔舱式脉冲发动机的多脉冲开启功能,设计了十字型、V字星型、米字型、圆弧星型、矩形星型和星圆复合型金属膜片式隔舱结构。根据平板脆性断裂模型的表面裂纹参数的计算公式,分析得到了金属膜片裂纹深度b与临界应力σc的关系及临界应力σc、临界尺寸ac与临界应力强度因子KIC的关系;通过三维有限元数值仿真的瞬态动力学分析,发现了六种金属膜片应力均集中在膜片中心及沟槽部位,膜片将首先从这些部位裂开;探索了一种预估金属膜片打开压强的方法,即通过模拟不同峰值压强下膜片的最大主应力,得到最大主应力-峰值压强曲线,则该曲线与临界断裂应力直线的交点对应的压强值,就是金属膜片的打开压强。由此得到了六种结构类型金属膜片的Ⅱ脉冲打开压强预估值,用该方法预估的膜片打开压强1.25 MPa与实际发动机打开压强1.4 MPa相近,表明该预测方法是可行的。 2020年04月25 00:00 2020年02期 192 198 3742043 邓康清1,2,郭翔1,2,余小波2,朱雯娟2,汤亮2,杨育文2,王鹍鹏2,王相宇2,向进2,李颖2 基于NSGA-II算法优化的SiCp/Al复合材料超声磨削表面评价研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200211 碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)具有优异的机械物理性能,也是一种典型的难加工材料,加工表面易产生裂纹、凹坑等缺陷,使用表面粗糙度难以有效表征评价该类材料的表面加工质量。针对SiCp/Al复合材料加工表面质量表征评价困难的现状,文章提出了综合反映SiCp/Al复合材料已加工表面形貌特点的特征参数Scr的概念,并以其为优化目标,基于NSGA-II算法对SiCp/Al复合材料超声振动磨削加工进行了工艺参数优化,获得了优化工艺参数组合为主轴转速n = 15 000 rpm、进给速度vf= 5 mm/min、磨削深度ap = 15 μm、超声振幅A = 5 μm。对工艺参数优化方法的有效性进行了实验验证,结果表明,采用优化后的工艺参数提高了SiCp/Al复合材料的加工表面质量,特征粗糙度能够有效表征SiCp/Al复合材料的加工表面质量。 2020年04月25 00:00 2020年02期 199 205 4317901 郑伟1,赵建设1,周明2,袁金如3,李沫4,商志刚5 基于试验数据对比评估的橡胶堵盖加速寿命研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200212 为科学获取某型喷管橡胶堵盖的库房贮存薄弱环节和寿命,根据其装配和使用时所受敏感应力为本体的拉伸应力和剪切应力,以及堵盖与喉衬之间的剪切应力的特点,分别设计橡胶堵盖本体材料的哑铃型试样、橡胶胶粘剂剪切试样、以及硬质泡沫塑料-胶粘剂-结构缠绕制品开展加速寿命试验与评估方法对比研究。研究结果表明,传统的老化动力学模型不能适用于所有材料的评估,对于不同试验件的力学性能测试数据应采取不同的模型进行退化分析;橡胶堵盖随发动机在弹上长期贮存时,本体所受的剪切应力是其失效的主要模式;与喉衬粘接界面相比,橡胶堵盖本体更容易失效。开展验证试验,将橡胶堵盖真实产品等效加速至薄弱环节的寿命评估年限,并进行打开压强试验,从而验证了评估模型和评估方法的有效性。 2020年04月25 00:00 2020年02期 206 210 1367808 刘佩风1,覃飞2,陈津虎1,汪根来2,韩铭1 固体火箭发动机壳体缓释技术研究进展 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200213 固体火箭发动机壳体缓释技术是提高固体火箭发动机服役安全性的重要技术手段之一。文章梳理了国内外固体火箭发动机壳体缓释技术方面的研究进展,根据各技术能够提供的排气泄压通道面积大小,将壳体缓释技术分为整体失强、头/筒分离和局部排气三大类,系统地对比了各项技术的设计思路、工作原理和实用效果。结合国外地地导弹、空空导弹和舰空导弹等导弹发动机壳体缓释技术应用实例和低易损性试验结果,阐明了壳体缓释技术对固体火箭发动机服役安全性的提升作用。最后,给出了使用发动机壳体缓释技术进行安全性总体设计的设计思路,并提出了固体火箭发动机安全性设计中应重点考虑排气通道临界面积和排气通道开启时刻两个关键因素。文中所述的研究进展可为固体火箭发动机服役安全性设计和优化提供参考。 2020年04月25 00:00 2020年02期 211 221 4073464 聂建新1,范文琦1,王领2,魏子婷1,郭学永1,胡峰2,焦清介1,张海军1,刘荣强1 基于LabVIEW 和组合式气路的燃速测试压强控制系统 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200214 在固体推进剂的靶线法燃速测试中,燃烧室的压强波动直接影响数据的可信度,常用的抑制波动的方法是并联燃烧室或者缓冲机构。然而,这一方法在低压范围及气态产物量大的高燃速推进剂燃烧试验环境下,有失效的可能。为将燃速测试的压强波动稳定在国军标规定的1%范围内,分析了推进剂燃烧过程中压强波动的机理,设计了一套基于LabVIEW 虚拟仪器和组合式气路的压强控制系统,配合现有缓冲式燃速仪,进行了1 MPa和2 MPa低压试验验证,当燃烧导致的压力上升超过国军标规定的1%时,PID控制算法开启泄压阀门,使压强回归到正常范围,整个燃烧过程的压强超标时间从原78%降至15%以内。结果表明,设计的压强控制系统,相比单纯依赖缓冲瓶,能更有效地将燃烧压强波动控制在国军标要求范围内,从而使数据更可信。 2020年04月25 00:00 2020年02期 222 228 2096075 刘科祥1,赵波2,杨介印1,陈鑫1,赵露1 HMX含量对HTPE推进剂热安全性的影响 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200215 为研究HMX含量对HTPE推进剂热安全性的影响,采用DSC、ARC和大尺寸程序控温仪开展多尺度条件下HTPE固体推进剂(HT01~HT04样品,HMX含量分别为0%、5%、10%和15%。)的热分解特性研究,获得了样品的热分解动力学参数,分析了其热解机理。DSC和ARC实验结果均显示,随着HTPE推进剂中HMX含量增加,推进剂的初始分解温度升高,热稳定性提高。ARC实验中,HT01~HT04样品修正后的绝热温升分别为819.9、1194.2、1278.9、1833.0 ℃,放热量分别为1639.8、2388.4、2557.9、3666.1 J/g,即随着HMX含量增加,HTPE推进剂的能量释放速率和总能量均增加。慢速烤燃试验结果显示,HT01~HT04样品的响应温度分别为119.6、120.4、122.7、122.8 ℃,HT01~HT03样品的响应等级均为燃烧反应,HT04样品的响应等级为爆燃反应。 2020年04月25 00:00 2020年02期 229 236 3157605 李苗苗1,郑亭亭1,陈静静1,陈利平2 基于激光快速测量的大型薄壁壳体在机找正方法 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200216 针对大型薄壁壳体卧式装配、加工过程中的精密测量和高效找正难题,提出了一种基于激光传感器的大型薄壁壳体(Φ2 m)在机测量及快速找正的方法。该方法采用高精度激光测距传感器和可编程逻辑控制器作为测量和采集设备,在机测量薄壁壳体装配状态下的位置姿态参数,并基于等弦高差滤波算法和圆拟合算法计算处理数据,拟合出壳体截面圆心偏移量、壳体轴线与机床主轴的同轴度误差及各测量截面的半径值。提出了一种基于螺栓编号和机床主轴角度对应的快速找正技术,根据数据处理结果可实现大型壳体的快速找正。在西门子开放式840D数控平台的系统上,开发出了一套大型薄壁壳体专用的在机测量及位姿调整系统,并在某型号的大型薄壁壳体在机测量与快速找正中实现应用。结果表明,所提方法与系统能够有效提高大型薄壁壳体装配精度与装配效率。 2020年04月25 00:00 2020年02期 237 242 2585921 王卫玲1,李俊峰1,李瑛2,王永青3,华小渝1,马延枫1,李特3 导流锥锥型对燃气弹射内弹道的影响数值研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200217 为研究导流锥锥型对燃气弹射内弹道性能的影响,采用了RNG k-ε湍流模型、有限速率/涡耗散燃烧模型和动网格技术,建立了二维轴对称网格模型,在与初始锥型母线为直线的装置实验数据对比验证的基础上,数值研究了直线锥、抛物线锥、双曲线锥及椭圆锥的初容室流场、弹道内弹道载荷的变化规律,分析了锥型母线为曲线能有效减小筒底冲击的机理。结果表明,从燃气流动方向来看,锥型母线为曲线时改变了燃气反射点的位置,避免了燃气沿着直线锥型直接冲向筒底的现象;从载荷特性分析,曲线锥避免了二次压力冲击现象,有效地减小了发射筒壁面的温度;从内弹道角度来看,曲面锥能够很好的提高导弹的出筒速度,缩短出筒时间,特别是双曲线锥的设计,使导弹加速度峰值增加了0.93%,出筒速度增加了7.26%,出筒时间缩短了0.7%。 2020年04月25 00:00 2020年02期 243 249 3654163 赵谢,程洪杰,赵媛,高蕾 一种TBCC进气道涡轮通道抽吸方案设计 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200218 对一种组合发动机进气道模态转换设计马赫数下的流动进行了数值模拟,研究了涡轮通道不同区域抽吸对进气道气动性能的影响,对比了外压段不同区域及内压段不同区域抽吸对进气道性能的影响,通过设计不同抽吸方案对比了外压段抽吸及内压段抽吸对进气道气动性能的影响,根据分析结果确定了以外压段为主,内压段为辅的抽吸思路,并选取不同组合方式对比,确定了最优的抽吸方案,以此方案为基础研究了模态转换过程中抽吸对进气道的影响规律。结果表明:在进气道外压段、内压段单独抽吸均可不同程度地改善进气道的起动性能;内、外压区域同时抽吸,随抽吸流量率减小,总压恢复与流量系数乘积增大;涡轮通道抽吸对改善进气道模态转换结束状态起动性能的帮助不大。 2020年04月25 00:00 2020年02期 250 258 3192787 章欣涛1,袁化成1,卢杰2,王颖昕3,伊戈玲3 微小卫星用脉冲等离子体推力器电源处理单元设计 /oa/darticle.aspx?type=view&id=20200219 近年来,随着微纳米技术的迅速发展,以及星上探测器、数据处理和传输设备日趋小型化,使微小卫星的研究和应用成为航天技术发展的一股新潮流。针对应用于体积和功率有限的微小卫星的电推进系统,以脉冲等离子体推力器为研究对象,介绍了电源处理单元的组成和功能。为进一步提高脉冲等离子体推力器点火的可靠性和使用寿命,设计了应用于微小卫星电推进系统的脉冲等离子体推力器电源处理单元,并对整个电源处理单元的稳定可靠性进行研究。结果表明,充电电源采用恒功率充电方式,在母线电压6.8 V条件下,以5 W的输入功率可将储能电容器恒功率充电致1600 V;放电点火电路采用LC振荡电路,减小了开关器件的电流应力,在输入电压800 V时,点火电流的峰值可高达100~150 A,这种大电流放电有助于清除火花塞表面的积碳,增加了点火的可靠性。 2020年04月25 00:00 2020年02期 259 264 1765372 徐友慧,王少宁,高波,陈昶文,任海玢,徐恒通,侯天明