热刺激对固体推进剂装药响应特性的影响

发布时间：2020-05-30 20:13

【摘要】：为研究装填HTPE复合推进剂的固体火箭发动机的热安全性,本文首先通过烤燃实验和数值模拟,研究了热刺激作用下小型HTPE复合推进剂烤燃弹的热响应特性;在此基础上,采用数值模拟方法研究了不同装药结构的固体火箭发动机的热响应特性及其变化规律。主要研究内容如下:(1)利用自行设计的烤燃实验装置,对小尺寸HTPE复合推进剂烤燃弹进行了升温速率分别为1℃/min和2℃/min的烤燃实验,采用热电偶进行了多点测温。实验结果表明:HTPE复合推进剂在两种升温速率下的响应等级均为燃烧反应;升温速率对装药中心点的响应温度基本没有影响,但对烤燃弹外壁响应温度有影响,随升温速率的降低,外壁响应温度也在降低。(2)基于小尺寸烤燃实验建立了推进剂烤燃模型,利用Fluent软件对不同升温速率(3.3℃/h~2℃/min)下的推进剂烤燃弹进行了数值模拟,确定了推进剂化学动力学参数,研究了升温速率对HTPE复合推进剂烤燃弹响应特性的影响。结果表明:升温速率在3.3℃/h~2℃/min范围时,HTPE复合推进剂烤燃弹的点火位置均在药柱中心,属于慢速烤燃范畴,点火温度基本为232.2℃;随升温速率的增大,烤燃弹点火时间呈指数减小,除点火点外的响应温度均呈对数增长。(3)基于固体火箭发动机复合装药结构建立了发动机烤燃模型,利用Fluent软件对固体火箭发动机进行了不同升温速率(3.3℃/h~2℃/min)下的烤燃数值模拟,研究结果表明:装填HTPE复合推进剂的发动机烤燃点火时间和壳体外壁响应温度随升温速率的变化趋势与小型烤燃弹的基本相同,即装药尺寸及结构不影响点火时间和壳体外壁响应温度随升温速率的变化规律,但点火时间和外壁响应温度的绝对值与装药尺寸及结构均有很大关系;对快速、慢速烤燃的严格划分,必须结合装药尺寸、装药结构等因素进行;在固体火箭发动机烤燃研究时,不能忽略发动机内部空气自然对流传热对其烤燃响应特性的影响。(4)利用Fluent软件分别对单孔管装药结构和星形装药结构的固体火箭发动机进行了不同升温速率(3.3℃/h~2℃/min)下的烤燃数值模拟,结果表明:装药结构对固体火箭发动机的烤燃特性有影响,其中星形装药对点火位置的影响存在跳跃性变化的临界升温速率,本研究条件下星形装药发动机点火位置跳跃性变化的临界升温速率为0.3℃/min和0.5℃/min。上述研究结果对固体火箭发动机的热安全分析与结构设计具有重要的参考价值。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：V512

【参考文献】

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本文编号：2688661