固体火箭发动机尾焰温度场特性研究

发布时间：2017-07-19 09:09

  本文关键词：固体火箭发动机尾焰温度场特性研究

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【摘要】：在火箭弹和各类战术、战略导弹中,固体火箭发动机作为动力装置有着广泛的应用。推力和尾焰温度是发动机的重要性能指标,研究推进剂的配方构成、飞行器的飞行条件以及发动机的工作条件对火箭的推力和尾焰温度场的影响,可以为发动机工程设计、推进剂配方优化、目标识别跟踪和隐身技术的发展提供参考依据。本文使用数值计算方法对固体火箭发动机含Al_2O_3颗粒的气固两相流动进行计算。在计算过程中,基于欧拉-拉格朗日方法对气固两相流流场进行计算,使用有限速率模型和H_2/CO反应机理对火箭燃气射流与周围大气环境的复燃现象进行模拟,使用DPM模型对Al_2O_3颗粒在尾焰流场中的运动轨迹进行跟踪计算。主要工作内容如下:第一,在其他成分不变的情况下,通过改变100g推进剂中铝粉的含量,研究了推进剂铝粉含量对固体火箭发动机喷管流场参数分布及发动机推力的影响。研究结果表明:随着铝粉含量的增加,火箭发动机的推力呈现先增加后减小的变化趋势;当推进剂中铝粉含量为17%时,为推进剂的最优配方,此时发动机的推力相对铝粉含量为0%时提高约8.5%。第二,研究了复燃、飞行速度、飞行高度和工作压强对尾焰温度场特性的影响规律。研究结果表明:复燃对尾焰温度场的影响不能忽略;飞行速度增大后,尾焰中复燃受到抑制,流场高温区域面积有所减小;飞行高度增大后,尾焰喷管出口处温度下降较大,尾焰中的复燃受到抑制;工作压强增大后,尾焰中高温区域的面积扩大。第三,研究了不同配方构成的双基推进剂、改性双基推进剂和复合推进剂的尾焰温度场特性,得到了不同推进剂组份构成对尾焰温度场特性的影响规律。研究结果表明:对于双基推进剂,硝化纤维素对尾焰温度场特性的影响较小,硝化甘油会在一定程度上提高尾焰的温度;对于改性双基推进剂,增加奥克托金的含量,尾焰流场的温度随之升高。增加改性双基推进剂中高氯酸铵的含量,尾焰中喷管出口附近的温度随之升高,但尾焰中后部区域的温度有所下降;对于复合推进剂,增加高氯酸铵的含量,尾焰流场温度的升高幅度较小,铝粉含量的增加对尾焰流场的温度增强作用比较显著。
【关键词】：固体火箭发动机 推力 尾焰 复燃 温度场
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V435
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 课题研究的背景13-14
• 1.2 课题研究的目的及意义14-15
• 1.3 国内外研究现状分析15-18
• 1.3.1 喷管内流场国内外研究现状15-16
• 1.3.2 火箭尾焰流场特性的国内外研究现状16-18
• 1.4 本文主要内容18-19
• 第2章 火箭发动机流场数值计算理论基础19-30
• 2.1 计算流体力学概述19-20
• 2.2 流场模型20-27
• 2.2.1 RNG k-湍流模型21-23
• 2.2.2 能量方程23-24
• 2.2.3 有限速率化学反应模型24-25
• 2.2.4 DPM离散相模型25-27
• 2.3 吉布斯最小自由能法27
• 2.4 凝聚相Al_2O_3颗粒性质27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 铝粉含量对火箭发动机推力的影响30-40
• 3.1 火箭推力基本计算式30-33
• 3.2 火箭发动机推力数值计算33-38
• 3.2.1 计算方法33-34
• 3.2.2 计算条件34
• 3.2.3 计算结果及分析34-38
• 3.3 试验验证38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 工作条件对尾焰温度场特性的影响40-55
• 4.1 数值计算方法41
• 4.1.1 流场计算方法41
• 4.1.2 计算模型41
• 4.2 复燃对尾焰温度场特性的影响41-45
• 4.2.1 计算条件42-43
• 4.2.2 计算结果及分析43-45
• 4.3 飞行速度对尾焰温度场特性的影响45-47
• 4.3.1 计算条件45
• 4.3.2 计算结果及分析45-47
• 4.4 飞行高度对尾焰温度场特性的影响47-50
• 4.4.1 计算条件48
• 4.4.2 计算结果及分析48-50
• 4.5 工作压强对尾焰温度场特性的影响50-53
• 4.5.1 计算条件51-52
• 4.5.2 计算结果及分析52-53
• 4.6 本章小结53-55
• 第5章 推进剂配方对尾焰温度场特性的影响55-75
• 5.1 双基推进剂配方对尾焰温度场特性的影响55-60
• 5.1.1 硝化纤维素(NC)含量对尾焰温度场特性的影响55-58
• 5.1.2 硝化甘油(NG)含量对尾焰温度场特性的影响58-60
• 5.2 改性双基推进剂配方对尾焰温度场特性的影响60-66
• 5.2.1 奥克托金(HMX)含量对尾焰温度场特性的影响61-64
• 5.2.2 高氯酸铵(AP)含量对尾焰温度场特性的影响64-66
• 5.3 复合推进剂配方对尾焰温度场特性的影响66-73
• 5.3.1 高氯酸铵(AP)含量对尾焰温度场特性的影响66-69
• 5.3.2 铝粉(Al)对尾焰温度场特性的影响69-73
• 5.4 本章小结73-75
• 结论75-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果82-83
• 致谢83-84

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本文编号：562079