双脉冲固体火箭发动机燃烧室压强振荡特性分析

发布时间：2017-11-08 11:07

  本文关键词：双脉冲固体火箭发动机燃烧室压强振荡特性分析

  更多相关文章： 固体火箭发动机 不稳定燃烧 复杂装药 涡声耦合 压力振荡 微粒阻尼

【摘要】：近年来,随着航天技术的发展和多种不同用途导弹的研制使用,对作为飞行器常用动力装置的固体火箭发动机提出了新的要求。相应高装填、高压强、大长径比、复杂装药、采用高能复合推进剂的火箭发动机成为新的发展趋势。但是此类发动机在工作过程中极容易出现不稳定燃烧现象。目前国内多种在研型号发动机在飞行试验中发生不稳定燃烧。不稳定燃烧是固体火箭发动机设计研制中存在的难题之一,其结果压力振荡导致推力振荡,偏离发动机设计要求,同时对飞行器机械结构、控制系统产生影响,轻则飞行性能下降,严重时可导致飞行任务失败。本文以双脉冲固体火箭发动机不稳定燃烧现象为背景,通过理论分析、试验研究以及数值模拟等方法,较为详细的分析揭示了影响双脉冲固体火箭发动机工作稳定性的关键增益和阻尼特性。本文主要研究内容及结论如下:针对双脉冲固体火箭发动机复杂装药结构形成的内声腔,采用有限元方法(FEA)对其声模态进行计算分析,获得了典型时刻燃烧室声压分布情况和各阶频率以及一二级装药燃烧过程中,燃烧室固有频率变化规律。结果表明:一级翼柱装药声腔声振频率随燃面退移先减小后增大;二级内孔装药声腔声振频率随燃面退移不断减小。之后将典型双脉冲固体火箭发动机燃烧室声腔简化成T型声腔,采用有限元方法计算分析了一些关键几何尺寸对其声振频率的影响规律。其中一二级轴向长度比是一关键参数。对双脉冲发动机内流场进行建模,采用大涡模拟(Large Eddy Simulation)数值方法,开展了转角旋涡脱落诱发压力振荡现象的机理研究,获得了燃烧室内的流场分布特性以及压力振荡频率和压力振幅。结果显示两级装药形成后向台阶,流场在此发生流动分离,发展成典型的转角旋涡脱落,进而诱发涡声耦合。随着装药燃面的退移,后向台阶减小,旋涡脱落程度降低以及在输运过程中的耗散作用,涡声耦合消除,发动机工作趋于稳定。采用脉冲衰减法,对微粒阻尼特性进行了研究,数值模拟与理论计算基本吻合。结果表明:燃烧室压强对微粒阻尼特性影响较小;在特定工况下,选取不同粒径进行计算,分析对比得到了该工况下的最佳粒径;微粒含量对微粒阻尼影响较大,阻尼大小基本与微粒含量成线性关系。实际发动机中可以通过调整装药配方,适当增加惰性颗粒含量,来有效抑制发动机不稳定燃烧现象的发生。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V435

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本文编号：1156885