过载与旋转对SRM内两相流场影响数值分析

发布时间：2020-03-24 21:26

【摘要】：固体火箭发动机被广泛应用于先进战术导弹的动力系统中,通过在固体推进剂中加入铝作为金属燃烧剂,可以提高固体推进剂的能量和密度。含铝复合推进剂的燃烧产物中有大量Al_2O_3,在燃烧室中形成典型的两相流动。燃烧和两相流动同时存在于发动机工作过程中,两者间的相互作用会使其工作过程变得异常复杂,尤其会引起绝热层的烧蚀、粒子对绝热层的机械冲蚀、不稳定燃烧、侵蚀效应、热防护失效、药柱结构完整性变差、壳体强度变弱等问题。目前战术导弹需要较高的机动性,导弹飞行过程中的加速运动和机动转弯都会产生不同程度的过载,飞行过载会影响流场结构,改变燃烧室内粒子运动状态,使粒子在承载方向大量聚集,恶化绝热层的工作环境,严重时会导致热防护失效,甚至引发弹体烧穿。本文以固体火箭发动机过载为研究对象,采用数值模拟方法,研究旋转及过载对固体火箭发动机内两相流场的影响。首先以无旋转、无过载固体火箭发动机的状态为基本工作状态,而后应用颗粒轨道模型对横向、轴向和组合过载开展计算,进行固体火箭发动机燃烧室及喷管三维两相流动数值模拟,分析过载对颗粒相的影响。而后对旋转情况下发动机进行了计算,研究旋转对发动机粒子浓度分布的影响。分析以上模拟结果,初步分析出粒子的聚集状态与过载的规律。最后同时加低转速与中小过载,对比粒子聚集位置和聚集数量的变化。结果表明,在有横向加速度载荷的情况下,发动机燃烧室内粒子相在承载方向浓度增大,明显改变了发动机燃烧室内原有的轴对称流动状态,承载方向上粒子聚集流的最大浓度区域主要分布在发动机的后封头与潜入段位置。轴向过载会增大喷管潜入段和后封头的粒子浓度,对于潜入段与背壁区交界处的粒子浓度影响最为显著。当横向过载为10g以下时,加以适当的转速可以缓解绝热层表面颗粒沉积问题,当横向过载为20g时,旋转会增大粒子在承载面的聚集程度,不利于缓解燃烧室内严酷的烧蚀环境。
【图文】：

示意图,导弹,受力,示意图

完整性变差、壳体强度变弱等问题。战术动性要求随着现代战争的发展也变得越来渐增高，导弹在做转弯等动作过程里会出现重要特性。科研人员为了保证火箭系统飞行轴旋转的方式。导弹弹体在绕轴旋转过程中流动特性发生变化。旋转将导致其工作状态：旋转过载所引起固体火箭发动机壳体和药生改变；引起燃烧室以及喷管内部的流动状过载以外还要考虑到旋转产生的影响。通过燃烧剂，可以提高固体推进剂的能量和密度两相流动[8-10]。目前含有铝元素的推进剂被后会产生 Al2O3粒子，以液态或者固体颗粒粒子会在燃烧室的流场中的局部位置形成药燃烧

试验装置图,收缩管,试验装置,烧蚀

1.燃气发生器 2.收缩管 3.过渡腔 4.烧蚀试验段 5.绝热层试件图 1.2 收缩管聚集法试验装置，王书贤[31]等人应用地面旋转离心试验台及烧蚀发动机，模的烧蚀特性，试验结果表明，，过载情况所产生的应力会使前。由于过载作用离散相的 Al2O3粒子在炭化层表面形成的沉用，发现有过载情况下的烧蚀率会有低于无过载条件下烧蚀，刘中兵[32]等人对轴向过载状态下直径 315mm 发动机的燃烧同轴向加速度情况下翼槽型药柱的变形问题，并提出了能够试验方案。，李越森[33]等人在离心试验台上进行了模拟试验，模拟导弹所产生的横向加速度，结果表明 Al2O3粒子在横向加速度的层的炭化烧蚀，并在绝热层表面形成大量烧蚀坑，且绝热层量值的增长加倍增长。，刘洋[34]等利用欧拉-拉格朗日模型，对带长尾喷管发动机工
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V435;TJ760.33

【参考文献】