翼柱型药柱燃烧规律及多环境因素下药柱强度分析

发布时间：2020-11-21 22:47

　　 固体火箭发动机是火箭弹、导弹的动力装置,药柱是固体火箭发动机的核心部分。本文对翼柱型药柱的燃烧规律进行了研究,基于遗传算法对翼柱型药柱进行了优化设计,对翼柱型药柱固化降温过程中的力学响应进行了研究,对过载条件下药柱的力学响应进行了研究,对管型药柱发动机在点火时期内流场进行了数值计算。主要工作内容及结论如下:1、研究了平底翼柱型药柱的燃烧规律。结果表明:当翼槽数为8,长径比为1.7时,药柱燃烧更接近恒面性;以药柱外径为基准,当药柱设计参数翼顶缘相对半径大于0.36且小于0.71,翼槽相对深度大于0.17且小于0.375,翼槽相对厚度小于0.036时,药柱燃烧呈现先增面后减面性,当设计参数在给定范围外时,药柱燃烧呈现单增面性或单减面性。2、研究了椭球翼柱型药柱的燃烧规律。结果表明:以药柱外径为基准,当翼顶缘相对半径小于0.2,翼槽相对深度小于0.3,翼槽相对厚度小于0.15,药柱前圆柱段内孔相对半径小于0.1,药柱后圆柱段内孔相对半径大于0.2且小于0.3时,药柱燃烧过程更加接近恒面性。3、以药柱燃烧面积方差为目标函数,对翼柱型药柱进行了优化设计。结果表明:优化后的药柱燃烧面积方差更小,燃烧过程更平稳,更接近恒面性。4、研究了固化降温过程中翼柱型药柱的力学响应。结果表明:在降温过程中,翼柱型药柱的最大应力与最大应变出现在翼槽右侧平面与翼槽底面相交处,随着药柱泊松比的减小,药柱最大应力与最大应变也呈现减小的趋势。5、研究了过载条件下发动机的力学响应。结果表明:卧式运输中,药柱最大应力点出现在底部端面内孔处,立式运输中,药柱最大应力点出现在底部端面外侧;在载荷相同的条件下,锥柱型药柱最大应力点出现在锥形槽侧面,且比管型药柱最大应力大14.67%;随着过载载荷、药柱泊松比的增大,药柱的最大应力最大应变呈现增大的趋势。6、研究了管型药柱固体火箭发动机点火时期的内流场。结果表明:点火器产生的高温高压燃气率先使内燃管型药柱右端面处的温度达到推进剂着火点,燃烧火焰由装药的右端向左端逐渐扩散。
【学位单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V435
【部分图文】：

用于通讯架线、飞机弹射座椅等特殊用途。??固体火箭发动机主要有四个基本组成部分，分别为固体推进剂装药（药柱）、??燃烧室壳体、喷管和点火装置，如图１．１所示。固体推进剂装药，也就是药柱，是??固体火箭发动机的动力来源，燃烧室壳体形成的内腔为药柱的燃烧提供了场所，??点火装置用于点燃装药表面，药柱燃烧生成的高温高压燃气通过拉瓦尔喷管加速??喷出，产生推力，药柱完全燃烧后，发动机停止工作。??０?０?０?…巧体。推进剂。装药ｎ??１＞１???＼ｒ＾??＝ｎ?Ｏ?Ｐ?办?＆?Ｑ?Ｑ?Ｏ?＾?Ｑ?ｏ?／?／??燃烧室壳体ｙ?点火装置ｊ喷管ｙ??图１．１固体火箭发动机简图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｏｌｉｄ?ｒｏｃｋｅｔ?ｍｏｔｏｒ??随着科技的发展，未来战争中固体火箭发动机将扮演着越来越重要的角色，??因此需要对发动机装药进行不断的优化，进而探究更加满足实战要求的固体推进??－］－??

图２．２平底翼柱型药柱三维模型及燃面划分示意图??Ｆｉｇ２．２?Ｇｅｏｍｅｔｒｙ?ｏｆ?３Ｄ?ｆｉｎｏｃｙｌ?ｇｒａｉｎ?ｗｉｔｈ?ｆｌａｔ?ｈｅａｄ?ａｎｄ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｂｕｒｎｉｎｇ?ａｒｅａ??２．１．２燃烧过程中关键点的确定??药柱的燃烧过程遵从平行层燃烧定律，它基于以下假设：??１）整个装药的燃烧表面同时点燃；??２）装药成分均匀，燃烧表面各点的条件相同；??３）燃烧表面上各点均向内部推移，且燃速相同。??药柱在燃烧过程中，燃烧面积发生变化时所对应的燃去肉厚ｅ称为关键点＾??（ｉ＝ｌ，２，?３，．．．）。对于本章中所研究的平底翼柱型药柱来说，其关键点ａ?（ｉ＝ｌ，??２，?３，?４，?５，?６）出现的位置如图２．３所示，分别为：翼槽相连点ｅ／，翼槽底面燃??尽点翼顶缘与药柱外侧面相连点侧端面燃尽点翼顶缘燃尽点，药??－１０－??

??图２．１平底翼柱型药柱剖面及设计参数示意图??Ｆｉｇ２．１?Ｐｒｏｆｉｌｅ?ｏｆ?ｆｉｎｏｃｙｌ?ｇｒａｉｎ?ｗｉｔｈ?ｆｌａｔ?ｈｅａｄ?ａｎｄ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ??一?＼?４??＼??ｖ??＾?Ｓ１１??ｄ??ｖ?Ｓ５?Ｓ６Ｓ１０??Ｔ?ｖｔ１丨斗，??１?Ｉ?ｚ?匕??图２．２平底翼柱型药柱三维模型及燃面划分示意图??Ｆｉｇ２．２?Ｇｅｏｍｅｔｒｙ?ｏｆ?３Ｄ?ｆｉｎｏｃｙｌ?ｇｒａｉｎ?ｗｉｔｈ?ｆｌａｔ?ｈｅａｄ?ａｎｄ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｂｕｒｎｉｎｇ?ａｒｅａ??２．１．２燃烧过程中关键点的确定??药柱的燃烧过程遵从平行层燃烧定律，它基于以下假设：??１）
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本文编号：2893717