固体火箭发动机羽流凝聚相颗粒分析研究

发布时间：2017-09-17 10:19

  本文关键词：固体火箭发动机羽流凝聚相颗粒分析研究

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【摘要】：固体火箭发动机羽流中凝聚相颗粒是引起烟雾等特征信号的主要原因之一,经分析凝聚相颗粒的主要成分为未完全燃烧的碳和金属氧化物颗粒、包覆层颗粒以及冷凝的水滴等。烟雾颗粒的大小和浓度影响着各种光学信号的穿透能力,和烟雾的扩散速度,会衰减武器系统的制导信号。因此研究人员提出了多种方式来对固体火箭发动机羽流中的凝聚相颗粒进行分析研究。目前常见的收集/测量羽流中凝相颗粒的方法包括机械法与光电法。机械法指的是通过传统的机械接触的方法,对凝聚相颗粒进行收集/测量;光电法指的是通过光学散射或高速摄影等方法,不实际接触凝聚相颗粒,通过光学的方法对凝聚相颗粒进行测量。固体火箭发动机的凝聚相颗粒对烟雾信号和燃烧性能测试有重大意义,因此,为了分析研究固体火箭发动机凝聚相颗粒分布情况,本文进行了多方面的理论和试验研究,主要研究工作为:1.由于机械法测量固体火箭发动机凝聚相颗粒尺寸分布最主要的问题是改变了流场的结构和颗粒的状态,收集到的颗粒和羽流中的实际状态不同。为了解决捕捉颗粒在羽流状态下的粒径分布,且不破坏流场结构,以便可以同时进行光电法和机械法的测量,以及捕捉羽流中小颗粒的存在,设计了一套羽流颗粒多级滤网收集/测量系统。并利用该套装置进行了实验测量,再进行激光粒度分析测量验证,得到了可信的数据结果。2.基于MALVERN激光粒度分析仪SPRAYTEC设计了羽流凝聚相颗粒实时监测系统,利用该套系统对固体火箭发动机羽流里的凝聚相颗粒粒度分布进行了实时粒度分布检测,得到了固体火箭发动机羽流凝聚相颗粒产物粒度分布数据。其产物中的颗粒粒度分布均呈现多峰值分布状态,凝聚相颗粒产物的粒径范围多在10-250μm,这些检测结果为进一步的羽流信号特征分析及燃烧分析等提供了相关的数据支持。3.利用FLUENT等CFD仿真软件,以某型号姿轨态固体火箭发动机为原型,模拟带有凝聚相颗粒的燃气通过喷管,进入多级滤网的腔体,穿过多级滤网的过程。通过多孔介质进行模拟滤网,对多级滤网收集装置的工作过程进行了模拟分析。
【关键词】：固体火箭发动机 粒度分布 粒度测量 粒子收集 数值模拟
【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
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 相关领域的研究进展11-21
• 1.2.1 机械法凝相颗粒的收集与测量11-15
• 1.2.2 光电法凝相颗粒的收集与测量15-18
• 1.2.3 羽流凝聚相颗粒的特征预估18-19
• 1.2.4 本文的研究任务19-21
• 第2章 固体火箭发动机凝聚相颗粒分布规律理论研究21-35
• 2.1 发动机参数计算21-22
• 2.2 经验公式的系数计算22-24
• 2.3 用Householder变换法解矛盾方程组24-28
• 2.4 含碳凝聚相颗粒的形成机理28-30
• 2.5 含碳颗粒的光学特性常数30
• 2.6 凝聚相颗粒辐射的吸收、散射公式30-34
• 2.7 本章小结34-35
• 第3章 数值计算仿真35-48
• 3.1 控制方程35-41
• 3.2 计算模型及网格划分41-42
• 3.3 边界条件设置42-43
• 3.4 计算结果分析43-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 羽流颗粒多级滤网收集/测量系统48-54
• 4.1 装置原理48
• 4.2 多级滤网收集/测量系统装置48-49
• 4.3 多级滤网测量/收集系统试验结果49-51
• 4.4 湿法激光粒度分析51-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 燃气凝聚相的动态激光粒度测试54-70
• 5.1 激光粒度分析仪测试方法原理54
• 5.2 颗粒的大小及平均尺寸54
• 5.3 测试理论基础（激光散射理论）54-58
• 5.4 试验结果处理与结果表述58-59
• 5.5 发动机喷喉羽流颗粒粒度测量结果59-63
• 5.6 激光粒度分析仪与多级滤网混合测量63-69
• 5.7 本章小结69-70
• 总结和展望70-72
• 1 总结70-71
• 2 展望71-72
• 参考文献72-74
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单74-75
• 致谢75

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本文编号：868841