高速冲压推进动能弹自点火过程与工作性能研究
发布时间：2021-08-06 17:23
高速冲压推进动能弹是一种采用固体燃料冲压发动机作为动力装置的新型近程小口径防空动能弹。在给定射程下,使用固体燃料冲压发动机作为动力能使高速冲压推进动能弹飞行时间缩短,弹道平直,更容易瞄准目标,同时也大幅度增加了终点动能,增加打击力度。本文以高速冲压推进动能弹为研究对象,采用理论研究和数值模拟相结合的方法,建立了适用于研究高总焓来流条件下高速冲压推进动能弹工作过程的数学方法和物理模型。以Fluent软件为平台,对高速冲压推进动能弹的自点火过程和稳定工作性能进行了较为深入的研究。主要研究内容如下:（1）通过简化高速冲压推进动能弹在火炮膛内的运动过程,在仿真中将弹体固定,直接给定水平来流马赫数为4.0,数值模拟了高速冲压推进动能弹的自点火过程,分析了自点火过程中的点火延迟时间、堵盖打开前燃烧室的流场变化规律以及堵盖打开火焰稳定后燃烧室流场变化规律。结果表明:自点火最先发生在突扩台阶和再附点之间的区域,点火延迟时间低于lms;在堵盖打开前,由于高速冲压推进动能弹特殊的结构,燃烧室压力出现了剧烈的振荡,并且化学反应增强了振荡效应;工作稳定后,高速冲压推进动能弹净推力为8N,在飞行过程中一直处于加...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型固体燃料冲压发动机燃烧室内流场示意图
本文研宄的小口径高速冲压推进动能弹（简称动能弹）是一种采用固体燃料冲压发??动机作为动力装置的新型近程小口径防空动能弹，国内外对其开展了应用论证、数值模??拟、自由射流试验、飞行实验等研究。其基本结构如图１．２所示，包括进气道、燃??烧室、固体燃料、喷管和尾部堵盖等部件组成。动能弹工作原理为动能弹从火炮膛内射??出之后，获得很高的初速；在高速飞行中，空气由弹丸头部的进气道减速、增压、升温，??进入燃烧室；空气中的氧与固体贫氧燃料充分反应，产生的高温、高压燃气经喷管加速??喷出，产生后喷动量，产生的推力与弹丸阻力抵消，以维持弹丸的炮口初速，依靠其自??身的有效动能对拦截目标产生较大的破坏。其自点火原理为：在发射过程中，高射炮膛??内高压火药气体推动弹尾的堵盖，并在弹带的作用下，动能弹不断加速并不断旋转。在??加速过程中，由于此时堵盖的作用，高速来流空气（高总焓／总温来流空气）经过进气道??进入燃烧室后滞止，燃烧室内空气的压力和温度升高。高温空气开始对固体燃料进行加??热
认为固相分解后生成的燃气温度等于ｒｗ。??２．４物理模型??图２．１所示为动能弹的气动构型。研究采用二维轴对称计算，并忽略了中心锥和弹??体唇罩连接的支架。主要设计参数：来流马赫数３．５，来流静压为１０１３２５Ｐａ，来流静温??为３００Ｋ，进气道入口捕获面积为０．０００２９７３ｍ２，动能弹弹体直径为３５ｍｍ，发动机喷管??喉径为１６．６ｍｍ，固体燃料长度和内径分别为１１０ｍｍ、２０ｍｍ。??Ｃｏｎｅ?Ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ?ｂｏｄｙ?Ｓｏｌｉｄ?ｆｕｅｌ??图２．１动能弹气动构型??本文将燃料壁面设置为壁面边界条件，在燃料壁面附近的第一层网格添加源项来模??拟热解气体的加入。该区域内需定义质量、动量、能量及组分源项。其中，质量源项为??该层网格中，单位体积内固体燃料汽化产物的质量，表达式如下??５?ａ４＜［?（２．９）??ｍ?Ｋ??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]来流条件对SFRJ燃速及自持燃烧性能的影响[J]. 巩伦昆,陈雄,周长省,李映坤,朱敏. 航空学报. 2016(05)
[2]聚乙烯在固体燃料冲压发动机中的燃速影响因素研究[J]. 陈雄,成红刚,周长省,朱国强. 兵工学报. 2014(11)
[3]台阶和凹腔在固体燃料超燃冲压发动机内自点火性能对比[J]. 迟鸿伟,魏志军,李彪,王宁飞. 固体火箭技术. 2014(05)
[4]固体燃料凹腔结构对超声速流动的影响[J]. 陶欢,魏志军,迟鸿伟,孙巍伟,王宁飞. 固体火箭技术. 2014(03)
[5]入口气流参数对固体燃料超燃冲压发动机燃烧室性能的影响分析[J]. 王利和,武志文,刘昶秀,陶欢,魏志军,王宁飞. 兵工学报. 2014(05)
[6]PE在固体燃料冲压发动机中的燃烧特性实验研究[J]. 成红刚,陈雄,朱国强,周长省,鞠玉涛. 固体火箭技术. 2014(02)
[7]固体燃料超燃冲压发动机燃烧室中PMMA自点火性能数值研究[J]. 迟鸿伟,魏志军,王利和,李彪,王宁飞. 推进技术. 2014(06)
[8]固体燃料冲压发动机性能预示[J]. 谢爱元,武晓松,于栋梁. 推进技术. 2014(01)
[9]固体燃料冲压发动机燃烧效率建模与数值分析[J]. 彭灯辉,王丹丹,杨涛,刘巍. 推进技术. 2014(02)
[10]不同台阶高度下固体燃料超燃冲压发动机燃烧室初始型面变化规律[J]. 王利和,武志文,迟鸿伟,魏志军,王宁飞. 推进技术. 2013(11)
博士论文
[1]固体燃料超燃冲压发动机燃烧室内自点火和火焰稳定性研究[D]. 迟鸿伟.北京理工大学 2015
[2]固体燃料冲压发动机工作过程研究[D]. 夏强.南京理工大学 2011
[3]固体燃料冲压发动机燃烧组织技术研究[D]. 刘巍.国防科学技术大学 2010
硕士论文
[1]固体燃料冲压发动机燃烧室流场理论研究[D]. 魏韬.南京理工大学 2012
[2]固体燃料冲压发动机工作过程数值模拟研究[D]. 林小迪.南京理工大学 2011
[3]超燃发动机中乙烯点火延迟时间的计算和试验研究[D]. 王西耀.中国空气动力研究与发展中心 2007
[4]固体燃料冲压增程炮弹工作过程仿真及性能分析研究[D]. 向敏.国防科学技术大学 2006
本文编号：3326176
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型固体燃料冲压发动机燃烧室内流场示意图
本文研宄的小口径高速冲压推进动能弹（简称动能弹）是一种采用固体燃料冲压发??动机作为动力装置的新型近程小口径防空动能弹，国内外对其开展了应用论证、数值模??拟、自由射流试验、飞行实验等研究。其基本结构如图１．２所示，包括进气道、燃??烧室、固体燃料、喷管和尾部堵盖等部件组成。动能弹工作原理为动能弹从火炮膛内射??出之后，获得很高的初速；在高速飞行中，空气由弹丸头部的进气道减速、增压、升温，??进入燃烧室；空气中的氧与固体贫氧燃料充分反应，产生的高温、高压燃气经喷管加速??喷出，产生后喷动量，产生的推力与弹丸阻力抵消，以维持弹丸的炮口初速，依靠其自??身的有效动能对拦截目标产生较大的破坏。其自点火原理为：在发射过程中，高射炮膛??内高压火药气体推动弹尾的堵盖，并在弹带的作用下，动能弹不断加速并不断旋转。在??加速过程中，由于此时堵盖的作用，高速来流空气（高总焓／总温来流空气）经过进气道??进入燃烧室后滞止，燃烧室内空气的压力和温度升高。高温空气开始对固体燃料进行加??热
认为固相分解后生成的燃气温度等于ｒｗ。??２．４物理模型??图２．１所示为动能弹的气动构型。研究采用二维轴对称计算，并忽略了中心锥和弹??体唇罩连接的支架。主要设计参数：来流马赫数３．５，来流静压为１０１３２５Ｐａ，来流静温??为３００Ｋ，进气道入口捕获面积为０．０００２９７３ｍ２，动能弹弹体直径为３５ｍｍ，发动机喷管??喉径为１６．６ｍｍ，固体燃料长度和内径分别为１１０ｍｍ、２０ｍｍ。??Ｃｏｎｅ?Ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ?ｂｏｄｙ?Ｓｏｌｉｄ?ｆｕｅｌ??图２．１动能弹气动构型??本文将燃料壁面设置为壁面边界条件，在燃料壁面附近的第一层网格添加源项来模??拟热解气体的加入。该区域内需定义质量、动量、能量及组分源项。其中，质量源项为??该层网格中，单位体积内固体燃料汽化产物的质量，表达式如下??５?ａ４＜［?（２．９）??ｍ?Ｋ??１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]来流条件对SFRJ燃速及自持燃烧性能的影响[J]. 巩伦昆,陈雄,周长省,李映坤,朱敏. 航空学报. 2016(05)
[2]聚乙烯在固体燃料冲压发动机中的燃速影响因素研究[J]. 陈雄,成红刚,周长省,朱国强. 兵工学报. 2014(11)
[3]台阶和凹腔在固体燃料超燃冲压发动机内自点火性能对比[J]. 迟鸿伟,魏志军,李彪,王宁飞. 固体火箭技术. 2014(05)
[4]固体燃料凹腔结构对超声速流动的影响[J]. 陶欢,魏志军,迟鸿伟,孙巍伟,王宁飞. 固体火箭技术. 2014(03)
[5]入口气流参数对固体燃料超燃冲压发动机燃烧室性能的影响分析[J]. 王利和,武志文,刘昶秀,陶欢,魏志军,王宁飞. 兵工学报. 2014(05)
[6]PE在固体燃料冲压发动机中的燃烧特性实验研究[J]. 成红刚,陈雄,朱国强,周长省,鞠玉涛. 固体火箭技术. 2014(02)
[7]固体燃料超燃冲压发动机燃烧室中PMMA自点火性能数值研究[J]. 迟鸿伟,魏志军,王利和,李彪,王宁飞. 推进技术. 2014(06)
[8]固体燃料冲压发动机性能预示[J]. 谢爱元,武晓松,于栋梁. 推进技术. 2014(01)
[9]固体燃料冲压发动机燃烧效率建模与数值分析[J]. 彭灯辉,王丹丹,杨涛,刘巍. 推进技术. 2014(02)
[10]不同台阶高度下固体燃料超燃冲压发动机燃烧室初始型面变化规律[J]. 王利和,武志文,迟鸿伟,魏志军,王宁飞. 推进技术. 2013(11)
博士论文
[1]固体燃料超燃冲压发动机燃烧室内自点火和火焰稳定性研究[D]. 迟鸿伟.北京理工大学 2015
[2]固体燃料冲压发动机工作过程研究[D]. 夏强.南京理工大学 2011
[3]固体燃料冲压发动机燃烧组织技术研究[D]. 刘巍.国防科学技术大学 2010
硕士论文
[1]固体燃料冲压发动机燃烧室流场理论研究[D]. 魏韬.南京理工大学 2012
[2]固体燃料冲压发动机工作过程数值模拟研究[D]. 林小迪.南京理工大学 2011
[3]超燃发动机中乙烯点火延迟时间的计算和试验研究[D]. 王西耀.中国空气动力研究与发展中心 2007
[4]固体燃料冲压增程炮弹工作过程仿真及性能分析研究[D]. 向敏.国防科学技术大学 2006
本文编号：3326176
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