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正如SpaceX徹底改變了火箭發(fā)射領(lǐng)域一樣，我們突破性的3D打印技術(shù)將會(huì)給固體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域帶來(lái)全新的變革。我們的使命是通過(guò)增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)固體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的制造，從而降低生產(chǎn)成本。”固體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)（Solid propellant rocket engine）是使用固體推進(jìn)劑的化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，又稱(chēng)固體推進(jìn)劑火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

(computational fluid dynamics, CFD)方法，能夠較準(zhǔn)確地預(yù)示固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火壓強(qiáng)峰，特別是大長(zhǎng)徑比類(lèi)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

如建立了可指導(dǎo)工程應(yīng)用的單組元發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算模型；提出了真空發(fā)動(dòng)機(jī)高性能?chē)姽茉O(shè)計(jì)的新方法；設(shè)計(jì)、建設(shè)了模擬高超聲速氣動(dòng)熱環(huán)境的低成本地面試驗(yàn)裝置；提出了高溫氣動(dòng)熱環(huán)境地面模擬參數(shù)相似的新準(zhǔn)則，有效擴(kuò)大了地面試驗(yàn)的模擬參數(shù)范圍。 近年論文 (1) 孫得川, 賢光. 超聲波測(cè)量大尺寸固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃速的關(guān)鍵技術(shù).

盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，最大的商用固體發(fā)動(dòng)機(jī)O8000仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于火箭運(yùn)載火箭到達(dá)太空所需的最小推力。正是出于這個(gè)原因，ANU Rocketry團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了開(kāi)發(fā)我們內(nèi)部設(shè)計(jì)和3D制造的雙組元液體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的挑戰(zhàn)，該發(fā)動(dòng)機(jī)使用液氧（LOX）和生物乙醇用于我們的太空火箭項(xiàng)目。這篇博文將簡(jiǎn)要介紹ANU Rocketry的氣熱分析，以預(yù)測(cè)高超音速上升階段太空火箭前緣的熱通量。

盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，最大的商用固體發(fā)動(dòng)機(jī)O8000仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于火箭運(yùn)載火箭到達(dá)太空所需的最小推力。正是出于這個(gè)原因，ANU Rocketry團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了開(kāi)發(fā)我們內(nèi)部設(shè)計(jì)和3D制造的雙組元液體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的挑戰(zhàn)，該發(fā)動(dòng)機(jī)使用液氧（LOX）和生物乙醇用于我們的太空火箭項(xiàng)目。這篇博文將簡(jiǎn)要介紹ANU Rocketry的氣熱分析，以預(yù)測(cè)高超音速上升階段太空火箭前緣的熱通量。

由于固體助推火箭質(zhì)量大，與芯級(jí)火箭進(jìn)行水平組裝對(duì)芯級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求較高，因此，捆綁固體助推器的火箭構(gòu)型均選擇在液體芯級(jí)垂直狀態(tài)下進(jìn)行捆綁操作，差別僅在于是在技術(shù)區(qū)完成總裝還是在發(fā)射區(qū)完成總裝。

超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)速度為亞音速到6倍音速，用于超音速靶機(jī)和地對(duì)空導(dǎo)彈(一般與固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)相配合)。 高超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒在超音速下進(jìn)行，使用烴類(lèi)燃料或液氫燃料，飛行馬赫數(shù)高達(dá)5~16，目前高超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)正處于研制之中。由于超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室入口為亞音速氣流，也有將前兩類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)統(tǒng)稱(chēng)為亞音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)，而將第三種發(fā)動(dòng)機(jī)稱(chēng)為超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)。

第一個(gè) Artemis 任務(wù)使用了四個(gè)源自航天飛機(jī)的RS-25核心級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)，由Aerojet Rocketdyne制造和升級(jí)，具有眾多 3D 打印組件，這些組件協(xié)作將發(fā)動(dòng)機(jī)的總體生產(chǎn)成本降低近 35%，同時(shí)保證了高性能，高可靠性和安全性。此外， Northrop Grumman 制造的兩個(gè)固體火箭助推器) 在飛行的前兩分鐘內(nèi)提供了飛行器 75% 以上的推力。

2016年加入Ansys， 目前主要負(fù)責(zé)汽車(chē)，電子設(shè)備行業(yè)CFD產(chǎn)品的售前工作，曾先后從事固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，仿真CFD工具應(yīng)用及工程項(xiàng)目咨詢(xún)工作，有八年的CFD仿真應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。 點(diǎn)擊報(bào)名：https://v.ansys.com.cn/Live/Bim34Fyc?source=jishulink

2016年加入Ansys， 目前主要負(fù)責(zé)汽車(chē)，電子設(shè)備行業(yè)CFD產(chǎn)品的售前工作，曾先后從事固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，仿真CFD工具應(yīng)用及工程項(xiàng)目咨詢(xún)工作，有八年的CFD仿真應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。 點(diǎn)擊報(bào)名：https://v.ansys.com.cn/Live/KF8dUUfk?source=jishulink

這些傳統(tǒng)求解器相對(duì)于Abaqus/Explicit的劣勢(shì)包括： 1）以流體為核心，流體材料產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)或變形后再將信息傳遞給固體結(jié)構(gòu)，與整流罩地面分離過(guò)程截然相反，難以滿(mǎn)足初始時(shí)刻的情況。 2）不同程度簡(jiǎn)化了氣動(dòng)載荷，對(duì)結(jié)果精度產(chǎn)生較大影響。落?壽曾利用Fluent進(jìn)行整流罩地面分離試驗(yàn)仿真；張小偉等分析了整流罩分離過(guò)程的模態(tài)。

</li><li>推力與比沖：針對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，計(jì)算特定混合比下推進(jìn)劑的理論比沖。</li><li>多環(huán)境適應(yīng)性：支持不同溫度、壓力條件下的分析。</li><li>自定義混合物：用戶(hù)可以定義自己的化學(xué)組分來(lái)分析特定的混合物。

2016年加入Ansys，目前主要負(fù)責(zé)汽車(chē)，電子設(shè)備行業(yè)CFD產(chǎn)品的售前工作，曾先后從事固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，仿真CFD工具應(yīng)用及工程項(xiàng)目咨詢(xún)工作，有八年的CFD仿真應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

對(duì)于更高的流速（高亞音速和超音速），可壓縮性效應(yīng)變得顯著，尤其是涉及沖擊波的情況下，例如在噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)、高速飛機(jī)和火箭中。粘性流與非粘性流粘度是衡量流體中摩擦力的一個(gè)指標(biāo)。當(dāng)流體內(nèi)部的各層相互摩擦?xí)r，就會(huì)產(chǎn)生摩擦力。粘度高（例如蜂蜜）表示摩擦力較大，反之亦然。對(duì)于液體而言，粘度會(huì)隨著溫度的升高而降低。

動(dòng)網(wǎng)格模型可以求解剛性運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或者平動(dòng)問(wèn)題，如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，注射器中的活塞運(yùn)動(dòng)，機(jī)翼的副翼、襟翼在飛行過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)等;還可以計(jì)算邊界發(fā)生形變的問(wèn)題，如氣球充氣的過(guò)程、飛行器的氣動(dòng)彈性問(wèn)題等，FLUENT 提供的六自由度動(dòng)網(wǎng)格模型求解器可以定義和描述邊界或運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)狀況，可用于解決多體分離過(guò)程。

目前國(guó)內(nèi)外用于變軌和姿態(tài)控制的動(dòng)力裝置有：冷氣系統(tǒng)、液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和固體姿控發(fā)動(dòng)機(jī)。相比于液體推進(jìn)劑姿控系統(tǒng)，固體姿控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、便于儲(chǔ)存、成本低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短等一系列特點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于防空、反導(dǎo)領(lǐng)域。當(dāng)前發(fā)展較為成熟且到實(shí)用階段的固體姿控系統(tǒng)技術(shù)方案主要有2種：微型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)姿控系統(tǒng)和固體推進(jìn)劑燃?xì)獍l(fā)生器姿控系統(tǒng)。

動(dòng)研所基于FLUENT軟件二次開(kāi)發(fā)的防冰/結(jié)冰仿真分析軟件，能夠?qū)^(guò)冷水滴撞擊特性、防冰熱平衡以及靜止部件的結(jié)冰冰形進(jìn)行較為準(zhǔn)確的模擬，如圖7所示，極大地提升了航空發(fā)動(dòng)機(jī)防冰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。

它的重要組成部分包括以下幾個(gè)方面：1) 航天器本體：星際飛船是一個(gè)由船身和發(fā)動(dòng)機(jī)部分組成的宇宙飛船。船身由大型不銹鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成，具備耐高溫和重復(fù)使用的特性。發(fā)動(dòng)機(jī)部分包括多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，提供飛船的動(dòng)力。2) 推進(jìn)系統(tǒng)：星際飛船采用了大量的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)提供推力。其中，主要采用了SpaceX自家研發(fā)的Raptor發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)采用甲烷和液氧作為燃料，具備高推力和高效率。

、脈沖加熱、自然對(duì)流瞬態(tài)過(guò)程 Fluent（CFD 模塊） 流體與固體耦合傳熱，支持復(fù)雜流動(dòng)（層流 / 湍流）、相變、多相流、輻射（P1、DO、S2S 等模型） 對(duì)流 / 輻射模型豐富（含介質(zhì)吸收散射）；可處理流固耦合界面熱阻；適合高雷諾數(shù)流動(dòng) 學(xué)習(xí)曲線(xiàn)陡；網(wǎng)格要求高（邊界層 / 多尺度）；計(jì)算資源消耗大