国家自然科学基金(50776073)
- 作品数：13 被引量：68H指数：5
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- 模拟过载条件下EPDM绝热材料烧蚀模型(Ⅱ)——考虑炭层孔隙结构的颗粒侵蚀模型被引量：5
- 2011年
- 分析不同颗粒冲刷状态下三元乙丙绝热材料炭化层的微观结构,确定炭化层为疏松多孔介质,整体结构为致密/疏松结构。颗粒侵蚀作用分为颗粒机械破坏和颗粒热增量,根据不同冲刷状态炭化层结构形态建立颗粒机械破坏模型;通过实验测试确定颗粒热增量模型。根据气相沉积原理拟合炭化层中致密结构,将颗粒侵蚀模型与考虑炭层孔隙结构的热化学烧蚀模型耦合,计算得到多个工况的炭化烧蚀率与实验结果吻合,且炭化层结构分布与实验得到的电镜结构基本一致。
- 杨飒何国强李江刘洋李强孙翔宇胡淑芳
- 关键词：三元乙丙
- 颗粒冲刷条件对绝热材料烧蚀过程的影响研究被引量：9
- 2013年
- 颗粒冲刷条件下绝热材料的烧蚀是受诸多因素影响的强瞬态过程,此过程中绝热层表面的推移和局部两相流的冲刷参数是相互影响并实时变化的。基于高过载地面模拟试验发动机,通过改变绝热层与发动机收敛聚集段出口之间的相对位置L,开展了不同两相流初始冲刷参数对烧蚀过程及最终烧蚀结果影响的试验研究(试验1、2),并结合数值模拟分析了试验过程。研究结果表明,两相流冲刷参数变化对绝热层的烧蚀过程和烧蚀后最终形貌影响极大,烧蚀过程中,随着绝热层表面局部冲刷参数趋于恶劣,烧蚀形成的凹坑不断变深、变窄,颗粒对炭化层的破坏作用更加强烈;通过计算绝热层推移型面上颗粒冲刷参数的分布及二次聚集效果,得出形貌变化与绝热材料表面冲蚀条件变化之间有较强的相互作用,冲蚀条件强烈会引起绝热层表面形成局部凹坑,而烧蚀凹坑变窄、变深又反过来引起颗粒在凹坑内的二次聚集。
- 张承志李江刘洋陈剑
- 关键词：固体火箭发动机绝热层烧蚀冲刷
- 粒子侵蚀对C／C材料烧蚀性能影响研究被引量：11
- 2012年
- 为了研究粒子侵蚀对C/C喉衬烧蚀性能的影响,文章首先对烧蚀发动机内流行数值模拟,获取粒子运动轨迹,得到粒子撞击收敛段及喉部的速度、角度和浓度,为粒子侵蚀提供表征参数;同时进行地面小型发动机含铝/无铝对比烧蚀试验。利用扫描电镜和三维微观成像等测量手段进行喉衬微观烧蚀形貌的研究。通过数值模拟和烧蚀试验结果分析:①在小喉径条件下有无粒子侵蚀对C/C材料的烧蚀率影响不大,热化学烧蚀后的纤维单丝比有粒子侵蚀的要尖锐,基体表面上未出现粒子侵蚀的明显痕迹;②粒子以碰撞的模式作用于喷管的收敛段,以磨蚀的模式作用于喷管的喉部及扩张段;且收敛段以粒子侵蚀为主,喉部和扩张段以热化学烧蚀为主。
- 王磊何国强李江彭丽娜
- 关键词：烧蚀性能C/C材料两相流火箭发动机
- 固体火箭发动机燃烧室凝相粒子的收集与分析被引量：22
- 2008年
- 设计了一种新的固体火箭发动机燃烧室状态粒子收集装置,可对不同工作压强和燃烧室滞留时间的凝相粒子进行收集。针对典型的HTPB推进剂,开展了不同压强条件下的实验研究,利用马尔文粒度分析仪和扫描电镜,对收集到的粒子进行了分析。结果表明,典型含铝复合推进剂凝相燃烧产物的粒径主要分布在0.05-100μm之间,粒子粒度的体积分布峰值小于5μm。随着压强的增加,粒度分布峰值略有上升,粒径分布更为集中。
- 刘佩进白俊华杨向明赵智博
- 关键词：固体火箭发动机粒度分布
- 模拟过载条件下EPDM绝热层烧蚀实验被引量：11
- 2010年
- 用一种粒子浓度、速度和角度可调的高过载模拟烧蚀发动机,开展过载条件下粒子冲刷对EPDM绝热层烧蚀特性影响的实验研究。实验结果表明:(1)存在一个临界速度,当冲刷速度低于临界速度时,粒子浓度,速度和角度对炭化烧蚀率影响较小,而当冲刷速度高于临界速度时,炭化烧蚀率随速度的增加而急剧增加,角度影响也较大。(2)弱冲刷条件下的炭化层表面平整,而粒子沉积条件下的炭化层表面附着有很多大粒径的粒子,炭化层结构也更加疏松,而强冲刷条件下,粒子由于速度较高而不易在炭化层表面沉积。(3)当低于临界速度冲刷时,炭化层的孔隙结构分布不均匀,存在致密/疏松分层结构,而高于临界速度冲刷时,炭化层结构则更为致密。(4)通过多元回归得到了炭化烧蚀率与粒子冲刷速度,浓度和角度的经验关系式。
- 王娟李江刘洋陈剑
- 关键词：固体火箭发动机绝热层三元乙丙烧蚀
- 过载条件下EPDM绝热材料烧蚀机理和模型研究(Ⅰ)——烧蚀机理分析被引量：17
- 2011年
- 基于一种颗粒冲刷状态参数大范围可调的高过载地面模拟试验发动机,针对三元乙丙(EPDM)绝热材料开展了15次烧蚀实验,获得了颗粒冲刷状态参数和炭化烧蚀率之间的宏观影响规律,通过扫描电镜分析了炭化层结构的形貌特征,并以炭化层孔隙结构为纽带,剖析了颗粒冲刷条件下热化学烧蚀和颗粒侵蚀之间的耦合关系。结果表明:(1)存在一个临界速度,当冲刷速度低于临界速度时,颗粒浓度、速度和角度对炭化烧蚀率影响较小,而当冲刷速度高于临界速度时,炭化烧蚀率随速度的增加而急剧增加,角度影响也较大;(2)不同的颗粒冲刷状态条件下,炭化层形貌结构差异较大,内部存在明显的"致密/疏松"结构;(3)根据颗粒冲刷参数和炭化层形貌关系,提出了3种典型的烧蚀冲刷状态,即弱冲刷状态、颗粒沉积状态及强冲刷状态;(4)分析了不同颗粒冲刷状态下的绝热层烧蚀过程,获得了热化学烧蚀和颗粒侵蚀之间的耦合关系。
- 刘洋李江杨飒陈剑何国强孙翔宇胡淑芳
- 关键词：固体火箭发动机三元乙丙绝热层高过载
- 过载条件下不同配方体系绝热材料筛选及烧蚀特性被引量：4
- 2011年
- 以国内某发动机在飞行过载下绝热层的异常烧蚀为研究背景,基于地面过载模拟装置,模拟了飞行过载条件下的颗粒冲刷状态参数,针对不同配方体系的绝热材料开展了筛选试验以及烧蚀特性研究,实验获得了三种材料的最大炭化烧蚀率和质量烧蚀率,筛选出了实验条件下抗颗粒冲刷能力较强的绝热材料,并针对实验后绝热材料的炭化层进行了电镜扫描分析,结合绝热材料配方开展了抗烧蚀特性分析。研究结果表明:(1)在实验条件下,材料B的炭化烧蚀率和质量烧蚀率均最大,材料A的居中,材料A1的最小,材料A1的抗颗粒冲刷性能最佳;(2)由于芳纶纤维的原位成炭特性,决定了三元乙丙/芳纶纤维体系绝热材料的炭化层具有一定结构强度,而恰当的纤维和SiO2含量将会增强绝热材料的抗烧蚀性能;(3)根据研究结果,建议在工艺允许的情况下,可以考虑研制同时采用芳纶纤维和石棉纤维的绝热材料体系,在针对颗粒冲刷条件时,炭化层内即有可以形成骨架结构的芳纶纤维,又可以利用石棉纤维在受热分解时SiO2和MgO熔融后和纤维以及基体之间的粘结交联效应。
- 刘洋李江何国强李强孙翔宇胡淑芳
- 关键词：固体推进剂火箭发动机绝热层烧蚀
- 固体火箭发动机热流测量方法及试验研究被引量：5
- 2011年
- 将一套创新设计的热流测量装置嵌入到可改变条件参数的固体火箭试验发动机中,进行了含铝复合推进剂试验。通过改变推进剂含铝量、燃烧产物冲刷速度和冲刷角度,测量了不同工况下两相燃烧产物的总传热热流密度。总传热规律与理论分析结果相吻合。试验证明,该装置能经受发动机内的高温强冲刷的苛刻条件。试验得到的总热流密度可为绝热层烧蚀研究中所需的传热边界提供数据参考,以及用于检验发动机燃烧产物传热数值模拟的精度等。该热流量试验方法具有较好的探索性和实用性,为后续开展一系列两相流冲刷下的传热特性研究提供了良好基础。
- 张翔宇刘佩进李鹏飞李江
- 关键词：固体推进剂火箭发动机
- 旋转条件下长尾喷管绝热层烧蚀预示被引量：1
- 2011年
- 文中基于旋转条件下长尾喷管发动机三维两相流场计算结果,通过提取烧蚀边界参数,分析了该条件下的绝热层烧蚀机理,建立了二维炭化烧蚀模型。开展了不同颗粒直径和旋转速度条件下的绝热层烧蚀预示。计算结果表明旋转条件下烧蚀部位发生显著变化,且烧蚀率随旋转速度的增加而增大;后封头部位的烧蚀主要是由旋转引起的颗粒冲刷主导。
- 严聪何国强刘洋张志峰
- 关键词：固体火箭发动机长尾喷管两相流烧蚀
- 旋转条件下长尾喷管发动机三维两相流场数值模拟被引量：2
- 2009年
- 针对旋转条件下长尾喷管发动机的三维两相流场开展了一体化数值模拟,进行了旋转速度为0、100 r/min、300 r/min、500 r/min和1 000 r/min,颗粒直径为10μm、40μm、70μm和100μm条件下颗粒运动轨迹和聚集浓度分布影响的研究。研究结果表明:①与无旋转条件下的颗粒运动轨迹以及聚集分布规律相比,在本旋转条件下,颗粒的运动历程增加,滞留时间增加,颗粒的聚集部位发生改变;②随着旋转速度增大,颗粒加入主流后首先贴着壁面作周向环绕运动,旋转速度越大,颗粒的旋转环绕轨迹越长;颗粒环绕运动的区域也随着旋转速度的增大而增大;颗粒所滞留的时间总体上是增大的;③随着颗粒直径的增大,由于颗粒本身运动惯性的增大,随流性变弱,受旋转作用影响的程度变差,滞留时间减小;④随着旋转速度的增大,锥台型装药壁面和后封头处的颗粒聚集浓度呈现增加趋势,翼槽表面的颗粒聚集带由翼槽顶部向根部移去;轴线处的颗粒聚集浓度随旋转速度增大而逐渐减弱。
- 严聪何国强刘洋
- 关键词：固体火箭发动机长尾喷管两相流数值模拟
