某脉冲发动机内流场及热防护特性分析

发布时间：2017-09-26 13:20

  本文关键词：某脉冲发动机内流场及热防护特性分析

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【摘要】：脉冲发动机作为精确制导弹药驱动力的执行机构,具有比气动舵等其他执行机构无法比拟的快速响应特征。发动机组是将一系列独立的、高冲质比、短脉冲的固体火箭发动机组合在一起,可以有效地加强弹药打击移动目标能力,减少弹药消耗,满足现代战争对智能化弹药的需求。本文运用数值模拟及试验的方法对固体火箭发动机内流场及热防护进行特性分析,主要研究内容包括：(1)运用Fluent对L型脉冲发动机做三维定常流场的数值计算,分析发动机结构对流场结构及喷管性能参数的影响。结果表明,随着脉冲发动机偏心段向上移动,其推力减小,推力中心由喷管中心内侧向外侧移动。随着喷管入口端面距离偏心段高度的增加,推力先增大、后减小,推力中心发生阶跃性的变化。受发动机结构的限制,偏心段长度Z对喷管性能的影响较小。(2)对不同结构及不同材质的发动机进行流固耦合换热数值模拟。结果表明,燃气的涡旋流动是造成内壁面高温及烧蚀主要原因,铝质基座必须增加热防护部件。不同材料基座的温度场结构基本一致,由于材料导热系数及比热容的差异,壁面的温度梯度会存在一定的差异。(3)运用红外热像仪对发动机壁面温度进行测量,分析材料及结构对发动机温度分布及烧蚀的影响。研究结果表明,采用的计算模型能够比较的准确的对发动机的传热进行数值模拟,基座最高温度位于与燃烧室接触的部分。
【关键词】：脉冲发动机 数值模拟 喷管性能 流固耦合换热 热防护设计
【学位授予单位】：南京理工大学
【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
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究背景与意义10-12
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 研究意义11-12
• 1.2 相关领域的研究进展12-16
• 1.2.1 微小型固姿轨控脉冲发动机组发展概况12-14
• 1.2.2 内流场及传热数值模拟的研究现状14-16
• 1.3 本文的主要研究内容16-18
• 2 L型脉冲发动机三维燃气流场数值模拟18-25
• 2.1 物理模型18-19
• 2.2 数学模型19-21
• 2.2.1 基本假设19
• 2.2.2 流场计算控制方程组19-20
• 2.2.3 湍流模型20-21
• 2.3 燃气的热物理性质21-22
• 2.4 数值模拟软件介绍22-23
• 2.4.1 Fluent简介22-23
• 2.4.2 ANSYS ICEM简介23
• 2.5 喷管三维流场数值模拟前处理23-25
• 2.5.1 网格划分23-24
• 2.5.2 边界条件24
• 2.5.3 收敛标准24-25
• 3 喷管流场数值模拟结果与分析25-37
• 3.1 网格无关性及计算模型验证25-27
• 3.2 偏心距离对流场和发动机性能的影响27-30
• 3.3 喷管距离偏心段距离对流场和发动机性能的影响30-33
• 3.4 偏心段长度对流场和发动机性能的影响33-36
• 3.5 本章小结36-37
• 4 脉冲发动机传热数值模拟37-56
• 4.1 物理模型37-38
• 4.2 数学模型38-42
• 4.2.1 L型脉冲发动机中的传热特点39
• 4.2.2 导热微分方程39-40
• 4.2.3 对流换热微分方程组40-41
• 4.2.4 喷管辐射模型41-42
• 4.3 材料的性能参数42-43
• 4.4 传热耦合数值模拟前处理43-45
• 4.4.1 网格划分43-44
• 4.4.2 耦合传热的数值解法44
• 4.4.3 边界条件44-45
• 4.4.4 收敛标准45
• 4.5 耦合传热的计算结果与分析45-55
• 4.5.1 结构温度场的分布特点45-53
• 4.5.2 钢质燃烧室基座温度特性53-54
• 4.5.3 有热防护燃烧室基座温度特性54-55
• 4.6 本章小结55-56
• 5 脉冲发动机热防护试验研究56-63
• 5.1 试验方案设计56-57
• 5.2 试验原理及试验设备57
• 5.3 试验过程及结果57-62
• 5.4 本章小结62-63
• 6 结论与展望63-66
• 6.1 全文工作总结63-64
• 6.2 未来研究工作的展望64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 附录70

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本文编号：923742