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《南京理工大学》 2009年
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冲压发动机补燃室内绝热层传热烧蚀特性研究

梁华  
【摘要】: 固体冲压发动机系统结构简单、使用方便、比冲较高、工作可靠,具有广阔的应用前景。在固冲发动机工作过程中,补燃室内要进行富燃燃气的二次燃烧,所以补燃室内壁处于大量高温高压燃气的包围之中,燃气和室壁之间存在着十分强烈的热量传递,同时冲压发动机补燃室内又处于富氧状态。由于高能推进剂和高强度材料被广泛采用,热强度问题也由于传热量的增加和壳体的减薄而变得更加的突出。若热防护技术不过关,将导致发动机补燃室烧穿而失败,必须给予高度的重视,并加以重点解决。因此,开展固体冲压发动机补燃室内绝热层传热烧蚀特性研究,就显得非常有意义。本文以某冲压增程弹冲压发动机补燃室内绝热层为研究对象,采用数值模拟与试验相结合的手段,对冲压发动机补燃室内绝热层的传热与烧蚀特性进行了研究。主要研究内容为: (1)建立了冲压发动机补燃室内纯气相带化学反应流场的物理模型,采用含κ-ε双方程模型的湍流时均方程组,给定方程组的边界条件,对补燃室内化学反应流场进行了数值模拟,给出了补燃室内燃气参数值,如温度、速度、压力等,根据燃气参数并进一步计算出了燃气与壁面之间的换热系数,为后续冲压发动机补燃室内传热烧蚀计算提供准确的热载荷边界条件。 (2)建立了冲压发动机补燃室内绝热层传热烧蚀物理模型,提出了针对该模型的计算处理方法和定解条件,研究了绝热层材料内部具有热解反应的传热特性与富氧燃气环境下含热化学反应和气流剥蚀得绝热层材料烧蚀特性。通过数值计算,得到了冲压发动机补燃室内绝热层温度分布以及烧蚀率。 (3)对绝热层材料进行了热重分析试验、燃气发生器试验和冲压联管试验,分析得到了绝热层材料在冲压发动机补燃室内的传热烧蚀机理,测试了不同燃气参数对绝热层传热烧蚀的影响。并提出低导热系数材料的背面温度的测试方法和修正方法,在试验过程中对绝热层的背面温度进行了测量,对试验后的绝热层进行烧蚀量的测量,对烧蚀后的试样做扫描电镜微观分析和元素成分分析,为绝热层的传热烧蚀模型的建立、计算及验证提供试验数据。 通过本文研究,建立了冲压发动机补燃室内绝热层传热烧蚀数学物理模型,以及针对该模型准确有效的计算程序,得到了冲压发动机补燃室内绝热层传热烧蚀特性,以及燃气参数对传热烧蚀特性的影响规律。本文的研究工作对冲压发动机补燃室内绝热层的设计和应用具有指导意义,同时为后续开展该类绝热层的传热烧蚀机理研究提供了理论参考依据。
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:V435

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