摘要：应用模拟固体火箭发动机烧蚀环境的炭化层制样装置制备三元乙丙绝热材料炭化层,分析了三元乙丙绝热材料炭化层结构特点,并设计了一套粒子侵蚀装置,对侵蚀角度为30°、60°和90°工况进行了三元乙丙绝热材料炭化层的粒子侵蚀破坏试验,应用高速摄影系统记录粒子侵蚀炭化层过程,经过分析计算得出了炭化层的剪切极限强度和抗压极限强度,为建立气流和粒子冲刷下的绝热材料烧蚀模型提供炭化层的力学性能参数。

摘要：利用计算流体力学(CFD)技术,引入粒子容积分数的概念,基于欧拉两相流模型,计算超声速飞行器侵蚀表面粒子速度和容积分数分布,模拟侵蚀后的三维表面外形。以超声速计算结果为基础,针对现有拉格朗日法计算侵蚀后退率的局限性,推导出适用于欧拉模型的计算公式。采用本文的数值模拟方法,模拟侵蚀后飞行器的外形,并与实验结果进行对比,验证了本文方法的正确性。计算和分析了不同环境参数对侵蚀量的影响,结果表明,马赫数和粒子容积分数对侵蚀量有较大影响,而粒子容积分数不变的情况下,粒子直径对侵蚀量影响不大。

摘要：粒子侵蚀对潜入式喷管端头的影响非常明显,已引起了喷管设计人员的关注。本文介绍了粒子侵蚀喷管的烧蚀计算。分析与计算结果表明,对喷管潜入段端头区主要是粒子侵蚀(即机械剥蚀)造成的质量损失,热化学烧蚀仅占总损失量的25%左右。喉道区及扩散段,则为热化学烧蚀。计算结果表明:粒子侵蚀引起的质量损失与粒子速度、粒子半径、粒子冲角有关。粒子半径越大,造成的质量损失越大,粒子冲角越大,造成的质量损失也越大,而冲角的影响作用更明显。对有粒子侵蚀时典型喷管的烧蚀计算结果与试验测量结果比较表明,用本文提供的方法所得到的理论计算值与试验测量值符合较好,能满足工程设计的需要。

摘要：针对固体火箭发动机高浓度颗粒流冲刷下的粒子侵蚀绝热层问题,运用Standard k-ε湍流模型和颗粒轨道模型对某型地面模拟过载试验发动机进行三维两相流数值模拟,分析两相流场特性,基于Oka粒子侵蚀模型计算某型EPDM绝热层的粒子侵蚀率,并与7次地面模拟过载试验发动机粒子侵蚀试验结果进行对比。数值结果表明,该粒子侵蚀模型可靠且精度有保证,能够正确预示绝热层粒子侵蚀特性;计算与试验所得的侵蚀率分布范围基本相同,计算所得最大侵蚀率偏大,最小相对误差4.69%,平均相对误差约13.89%;但侵蚀分布特征与试验结果不完全一致,分析认为粒径分布数据与真实值的偏差是侵蚀分布特征存在差异的主要原因。研究结果可用于工程中EPDM绝热层高浓度颗粒冲刷下的粒子侵蚀分析,能够为固体火箭发动机绝热层设计及热防护可靠性研究提供参考。

摘要：炭化层粒子的反弹系数是固体火箭发动机中两相流动计算的一个重要参数。文中设计并建立了测量粒子侵蚀炭化层反弹系数的实验系统,应用直径为1.5mm的粒子对炭化层进行了不同角度下的侵蚀反弹试验,测得各入射角下的法向及切向反弹系数。通过对实验数据应用准牛顿优化算法进行三次方多项式拟合得到法向反弹系数和切向反弹系数随侵蚀角的变化关系式,可为粒子对绝热材料的侵蚀力的计算及固体火箭发动机两相流动计算提供参考。

摘要：基于Hertz弹性碰撞理论和Thornton弹塑性假设,导出了粒子碰撞炭层过程中的压痕硬度理论表达式,根据弯管试验数据和试件扫描电镜分析提出了临界速度模型,对于三元乙丙橡胶(EPDM)炭化后形成的多孔炭化结构,结合裂纹侵蚀理论提出了两相流非完全弹性碰撞多孔炭化层体烧蚀计算模型。设计了用于验证烧蚀计算模型的模拟发动机旋转过载试验,保证了模拟发动机和真实发动机的天地一致性。结果表明:在模拟发动机真实飞行过程的热环境下,计算结果与实测结果能够基本吻合。研究结果对固体火箭发动机绝热结构的设计具有工程指导意义。