小型固体火箭发动机摆动喷管设计技术研究

发布时间：2017-10-07 15:46

  本文关键词：小型固体火箭发动机摆动喷管设计技术研究

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【摘要】：本文对应用于固体火箭发动机的小型摆动喷管设计技术进行了对比论证、分析、设计和试验验证。首先对国外用于航天器的小型固体火箭发动机摆动喷管进行了简要介绍,然后对国内外小型摆动喷管技术研究情况进行了调研。对比分析了目前常见的几种不同摆动喷管的优缺点,选择了具有技术优势的滚动球窝摆动喷管,作为本文的主要研究对象。开展了小型摆动喷管设计方法研究,提出了一种基于空间矢量布局的抗扭装置结构,满足滚动球窝摆动喷管抗扭技术要求。还对滚动球窝摆动喷管核心的滚动球窝结构接触应力进行了分析方法研究,并与摆动喷管试验结果进行了对比。本文所采用的接触应力分析方法,能够满足工程设计的要求。考虑到喷管在一定摆角后对热结构、烧蚀和性能的影响,对摆动喷管摆动之后的高温高压高速热流场采用流场仿真分析软件进行了仿真分析,并对喷管入口转接空腔内的粒子冲刷、喉部烧蚀和推力性能进行了预估,其结果与地面点火试验吻合。通过地面冷摆动试验和地面点火试验,考核了采用本文方法设计的滚动球窝摆动喷管的结构可靠性、性能稳定性、喷管摆动的可靠性,达到了设计技术要求,验证了设计方法的有效性。论文研究为发展摆动喷管技术提供了有用的参考。
【关键词】：固体火箭发动机 摆动喷管 滚动球窝 研究
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V435
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 概述10-13
• 1.1.1 课题的来源10
• 1.1.2 推力矢量技术介绍10-11
• 1.1.3 摆动喷管技术介绍11-13
• 1.2 摆动喷管技术国内外应用研究现状和发展趋势及分析13-22
• 1.2.1 国外研发应用现状13-19
• 1.2.2 国内研究应用现状19-21
• 1.2.3 小型摆动喷管技术发展趋势及分析21-22
• 1.3 课题研究目标和主要研究内容22-24
• 1.3.1 研究目标22
• 1.3.2 研究内容22
• 1.3.3 拟解决的关键问题22-23
• 1.3.4 课题的研究方法23-24
• 第二章 小型固体火箭发动机摆动喷管总体方案筛选24-32
• 2.1 总体技术要求24
• 2.2 火箭发动机喷管的作用24
• 2.3 方案对比24-30
• 2.3.1 滚动球窝摆动喷管24-27
• 2.3.2 柔性接头摆动喷管27-29
• 2.3.3 球窝接头摆动喷管29-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第三章 滚动球窝摆动喷管设计32-50
• 3.1 喷管方案概述32-34
• 3.1.1 滚动球窝摆动喷管构成32
• 3.1.2 滚动球窝摆动喷管方案设计要求32-34
• 3.2 喷管方案初步设计计算及参数选择34-49
• 3.2.1 滚动球窝主要结构设计、性能参数34-38
• 3.2.2 防扭装置的设计38-45
• 3.2.3 摆动力矩分析45-49
• 3.2.4 动密封和热防护49
• 3.3 本章小结49-50
• 第四章 滚动球窝接触应力分析研究50-59
• 4.1 引言50
• 4.2 弹性接触理论50-54
• 4.2.1 理论假设51
• 4.2.2 接触面的尺寸和接触应力51-54
• 4.2.3 弹性趋近量54
• 4.3 结构载荷分析54-56
• 4.4 计算模型56
• 4.5 计算结果56-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第五章 流场仿真分析研究59-66
• 5.1 概述59
• 5.2 控制方程59-60
• 5.3 湍流模型60-61
• 5.3.1 k-ε RNG模型60-61
• 5.3.2 k-ω SST模型61
• 5.4 数学模型及边界条件61-62
• 5.4.1 网格划分61-62
• 5.4.2 边界条件62
• 5.5 结果分析62-65
• 5.5.1 固相粒子对转接处空腔的影响62-63
• 5.5.2 固相粒子束对喷管扩张段及喉衬的影响63-64
• 5.5.3 发动机性能分析64-65
• 5.6 本章小结65-66
• 第六章 摆动喷管试验验证66-73
• 6.1 概述66
• 6.2 试验方案66-68
• 6.2.1 冷摆动试验系统方案论证及设计66-68
• 6.2.2 摆动喷管试验发动机方案设计68
• 6.3 试验结果及分析68-71
• 6.3.1 地面冷摆动试验68-70
• 6.3.2 地面点火热试车70-71
• 6.4 本章小结71-73
• 第七章 总结与展望73-75
• 7.1 总结73-74
• 7.2 不足与展望74-75
• 参考文献75-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文79

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本文编号：988719