国家自然科学基金(51005179)
- 作品数：21 被引量：112H指数：7
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- 一种固体火箭发动机性能仿真与评估方法研究被引量：2
- 2012年
- 关于固体火箭发动机性能的准确评估问题,针对固体火箭发动机试验耗费时间周期长,且评估性能决定动力系统的可靠性。发动机在工作过程中的推力、燃烧室压强、总冲量、比冲量等性能参数的可靠性均存在一个置信区间,通过试验方法难以评估在制造及使用过程中的随机因素影响下的性能可靠性。可用蒙特卡洛仿真方法解决上述问题。为了更全面评估性能参数的可靠度,引入了抽样验收方法,得到了性能参数可靠度的置信区间。采用修正内弹道计算模型,对大扩张比发动机进行仿真,结果与试验数据进行了对比。实验表明,仿真模型的精确性可以满足要求,结果与试验数据具有较高的一致性。证明评估方法可以全面的反应性能参数的统计特性,可为发动机的可靠性提供保证。
- 孙勇强蔡强鲍福廷刘旸
- 关键词：固体火箭发动机性能仿真内弹道
- 固体火箭发动机金属壳体结构可靠性分析研究被引量：4
- 2014年
- 固体火箭发动机壳体是固体火箭发动机的重要组成部分,壳体的可靠性设计水平高低直接影响发动机的性能。好的壳体可靠性设计方案是在保证总体要求的几何尺寸精度的同时,要做到结构质量轻,又要安全可靠。利用一阶可靠性分析法结合有限元法对固体火箭发动机金属壳体封头结构进行可靠性分析,结果表明,在相同受力条件下,不同的结构尺寸下,封头的最大应力可能都不会达到失效界限,但是可靠性指标不一定满足要求。分析结果可用于指导结构单元设计。
- 陈纪宏鲍福廷刘旸孙勇强
- 关键词：固体火箭发动机可靠性分析
- 多喷管射流气动声学特性的数值研究被引量：4
- 2012年
- 采用大涡模拟结合动力Smagorinsky亚格子模型对四喷管超声速高温射流进行了三维非稳态数值模拟。基于非稳态计算的结果,利用FW-H面积分方法对四喷管射流远场的声学特性进行计算,并将结果与单喷管得到的结果进行对比。结果表明,多喷管射流形成了复杂的流场,其产生的气动声场并不仅仅是单喷管简单的叠加,由于四股射流之间的相互影响使得声场也产生了新的特点,不但表现在总声压级数值上,还对改变了射流噪声辐射的指向性,最大声压级的位置由原来的50°左右变化到30°。
- 胡声超鲍福廷赵瑜
- 关键词：气动声学数值模拟大涡模拟
- 固体火箭发动机实验条件下基于拉瓦尔喷管变流道参数的4D编织C/C复合材料烧蚀性能（英文）被引量：8
- 2017年
- 固体火箭发动机实验条件下,对4D编织C/C复合材料变参数流道拉瓦尔喷管进行了烧蚀特性研究。针对变流道喷管变化的烧蚀角度,分析了材料的烧蚀机理。结果表明,由于变流道的原因,从收敛段到喉部烧蚀逐渐加剧,在收敛段与喉部过渡段45°烧蚀角出烧蚀最为严重,烧蚀角越大,烧蚀越严重。之后,烧蚀程度明显逐渐减小。烧蚀率沿着变流道喷管轴向逐渐改变,最大烧蚀率是0.056 mm/s,最大质量烧蚀率是0.157 kg/m^2·s。并且,轴向纤维、径向纤维到环向纤维,烧蚀尖角逐渐增大。烧蚀特性与粒子速度、粒子撞击角度、粒子浓度、壁面剪切力等因素相关。在热化学烧蚀和机械剥蚀共同作用下,变流道是不同烧蚀行为的主要影响因素。
- 惠卫华鲍福廷魏祥庚刘旸
- 关键词：喉衬固体火箭发动机
- 基于GPU计算架构的体素离散化复杂药柱燃面计算方法被引量：8
- 2011年
- 为了高效而通用地对各种具有复杂结构的药柱进行燃面计算,文中基于图形处理器(GPU)高度并行化的计算构架,提出了一种三维离散化体素点阵表达的燃面计算方法。首先,将药柱所在的包围盒空间均匀地离散成三维空间体素点阵,通过对边界表达的任意药柱模型进行Z-Buffer测试确定计算边界;其次,采用并行的燃烧状态填充算法确定所有的体素点与初始燃面之间的距离关系;然后,针对任意指定的燃烧肉厚,利用GPU多核并行处理技术,实时地抽取所有药柱空间内的燃烧表面;最后,以一个具有复杂包覆层的不规则药柱作为算例,从计算精度和计算效率上验证了该燃面计算方法的有效性。
- 刘旸鲍福廷蔡强胡海峰杜佳佳
- 关键词：图形处理器燃面计算
- 考虑低燃温燃气发生器试验的弹射器内弹道性能预示被引量：15
- 2013年
- 燃气发生器高压室试验获取的压强-时间数据是决定导弹弹射过程分析是否准确的第一手资料,考虑试验的弹器燃气分离过程,可避免纯理论计算引发的各种误差,是工程中急需的计算模式。基于动力学及运动学的复杂模型,在已有燃气发生器高压室试验数据基础上,建立低压室内弹道及运动学求解方程组,并编写了系统软件,实现了考虑试验数据下的弹器燃气分离过程分析,可进行多参数输入、多指标拉偏及可视化输出的全面内弹道分析。计算结果表明,与纯理论计算相比,误差小于2%,满足实际工程中需引入试验数据进行低压室内弹道计算,可用于燃气发生器设计领域。
- 惠卫华鲍福廷刘旸
- 关键词：内弹道燃气发生器
- 蒙特卡洛仿真在火箭喷管结构可靠性中的应用被引量：1
- 2013年
- 在固体火箭发动机喷管结构优化设计的研究中,为了在固体火箭发动机喷管结构可靠性的评估中考虑喉衬烧蚀的影响,使喷管结构可靠性的评估更加全面,采用蒙特卡洛仿真方法,对烧蚀喷管的结构可靠性评估过程进行了仿真。研究了影响喉衬材料热化学烧蚀速率的多个设计参数的随机分布特征,建立了能够反映烧蚀现象的仿真计算式和结构功能函数。仿真结果及仿真精度与试验结果保持了较高的一致性,证明改进方法可以较为全面地仿真喷管的烧蚀现象,可用来快速评估喷管喉衬结构可靠性水平,对改进提高喷管喉衬部位的设计水平有参考意义。
- 许昊鲍福廷刘旸成沉
- 关键词：蒙特卡洛仿真固体火箭发动机
- 弹器水面分离燃气弹射内弹道性能分析及系统实现被引量：2
- 2013年
- 为了解决水面分离中弹器"双向分离"、水的粘滞阻力、波浪对发射角度的影响及弹射过程浮力可变性引发的内弹道方程组建立难的问题,基于质量守恒、能量守恒、运动方程、状态方程及考虑各种复杂阻力构建内弹道方程组,并编写系统仿真软件,构建了弹器水面分离燃气弹射内弹道计算仿真系统。研究成果实现了多参数输入、多指标拉偏及可视化输出的全面内弹道分析功能。计算结果表明,仿真系统运算符合实际,可用在燃气发生器设计领域,对于缩短弹射动力系统设计周期提供了有力支撑。
- 惠卫华鲍福廷刘旸阎海生
- 关键词：内弹道燃气发生器
- 基于响应面法的喉栓式喷管型面优化设计被引量：12
- 2014年
- 为减小喉栓式喷管的气动损失,综合考虑了喉栓的型面与喷管型面的相互作用,基于响应面法结合CFD数值计算,对喉栓式喷管进行了优化设计。采用中心复合实验设计(CCD)生成响应面采样点。分别采用多项式模型和Kriging模型生成响应面,并比较了2种方法对本问题的拟合程度。结果表明,Kriging模型拟合效果较好。优化算法采用序列二次规划法。优化后,喷管的比冲损失从9.01%降到了3.63%,气动损失有所减小。对影响比冲效率的关键参数进行了单独优化,得到了关键参数对比冲效率的影响规律。结果表明,影响比冲效率的因素主要为喷管的设计参数,在进行喉栓式喷管的优化设计时,喷管部分完全可采用传统喷管的优化设计方法,再针对喉栓进行匹配性优化。基于响应面法进行喉栓式喷管的型面优化设计,计算量相对较小,计算结果的精度和可靠度相对较高,可快速进行型面优化设计,具有一定的工程实用价值。
- 成沉鲍福廷刘旸许昊
- 关键词：响应面法固体火箭发动机优化设计
- 基于统计学的旋转火箭发动机喷管热结构分析被引量：2
- 2015年
- 以某型号固体火箭发动机喷管为研究对象,基于统计学聚类分析方法,研究了该型号喷管内流场、温度场及应力场对旋转的响应。采用流动-传热-热结构的顺序耦合方法,得到了各转速条件下的稳态流场及瞬态温度场、应力场情况。将流场、温度场、应力场原始数据标准化并构造关系矩阵,再通过聚类分析,将结果分别划分为类间差异明显的5类。由于喷管结构与旋转的耦合作用,流场与温度场及应力场聚类分析结果均存在差异。温度场与应力场聚类分析结果一致,说明旋转产生的离心力对喷管应力情况影响不大,热应力仍是该型喷管应力的主要来源。分别研究各类别中任意工况的应力情况,可得到不同战术指标下喷管热应力特征,提高了该型号喷管设计水平。该分析方法得到了统一的变化规律,可有效降低实验成本。另外,对于具有旋转特征的发动机喷管工作过程中的故障诊断、失效行为等的预示有指导意义。
- 孙林阎海生鲍福廷
- 关键词：统计学聚类分析固体火箭发动机喷管流场仿真
